Wśród czterech głównych rodzin stali nierdzewnej, martenzytyczna stal nierdzewna zajmuje wyjątkową i wyróżniającą się pozycję.
W odróżnieniu od gatunków austenitycznych, których nie można utwardzić poprzez obróbkę cieplną, lub gatunki ferrytyczne, które zapewniają ograniczoną hartowność, martenzytyczne stale nierdzewne można utwardzać poprzez obróbkę cieplną – są w stanie osiągnąć wysoką twardość, wytrzymałość, i odporność na zużycie poprzez hartowanie i odpuszczanie.
To połączenie odporności na korozję i właściwości mechanicznych sprawia, że są one materiałem wybieranym do zastosowań wymagających zarówno trwałości, jak i odporności na agresywne środowisko.
Od sztućców i narzędzi chirurgicznych po łopatki turbin i części samochodowe, martenzytyczne stale nierdzewne są niezbędne w niezliczonych zastosowaniach przemysłowych i konsumenckich.
1. Co to jest martenzytyczna stal nierdzewna?
Martenzytyczny stal nierdzewna to kategoria stali nierdzewnej, która może rozwijać się głównie mikrostruktura martenzytyczna poprzez obróbkę cieplną.
Generalnie jest klasyfikowany oddzielnie od austenitu, ferritic, dupleks, i stali nierdzewnych utwardzanych wydzieleniowo, ponieważ ich podstawowy mechanizm wzmacniający opiera się na przemianie austenitu w martenzyt podczas chłodzenia, a następnie odpuszczanie w celu uzyskania wymaganej równowagi właściwości mechanicznych.
W uproszczeniu, sekwencja produkcji i obróbki cieplnej następuje po transformacji:
Struktura wyżarzana → Austenityzowanie → Hartowanie → Struktura martenzytyczna → Odpuszczanie → Ostateczne właściwości inżynieryjne
Proces rozpoczyna się od nagrzania stali do odpowiedniej temperatury temperatura austenityzująca, gdzie mikrostruktura przekształca się w austenit, a pierwiastki stopowe ulegają redystrybucji zgodnie ze składem i cyklem cieplnym.
Następnie element jest chłodzony wystarczająco szybko, aby zapobiec tworzeniu się bardziej miękkich struktur równowagowych i sprzyjać przemianie martenzytycznej.
Powstały martenzyt charakteryzuje się silnie naprężoną strukturą krystaliczną zawierającą węgiel przesycony.
Dzięki temu uzyskuje się wysoką twardość i wytrzymałość, ale świeżo hartowany martenzyt może również mieć ograniczoną wytrzymałość i znaczne naprężenia szczątkowe.
Więc, Często poddawane są elementy ze stali martenzytycznej ruszenie, co zmniejsza kruchość i pozwala inżynierom dostosować ostateczną twardość i wytrzymałość.
Transformacja martenzytyczna
Transformacja martenzytyczna jest procesem bezdyfuzyjnym, transformacja typu ścinającego zachodząca w przypadku austenitu (Fcc) jest szybko schładzany poniżej temperatury początkowej martenzytu (SM).
Transformacja jest natychmiastowa i nie wiąże się z dyfuzją atomów węgla – węgiel pozostaje uwięziony w siatce, tworząc przesycony roztwór stały.
| Scena | Opis | Temperatura |
| Austenityzowanie | Ogrzewanie do 950–1050°C w celu wytworzenia austenitu. | 950–1050 ° C. |
| Gaszenie | Szybkie chłodzenie (olej, powietrze, lub woda) do przemiany austenitu w martenzyt. | Poniżej Pani |
| Ruszenie | Ponowne podgrzanie do 150–650°C w celu złagodzenia naprężeń i dostosowania właściwości. | 150–650 ° C. |
2. Skład chemiczny martenzytycznej stali nierdzewnej
Ponieważ martenzytyczna stal nierdzewna obejmuje szeroką gamę gatunków, poniższe zakresy są reprezentatywnymi zakresami branżowymi, a nie wymaganiami dla pojedynczego gatunku.
| Element stopowy | Typowy zakres (wt%) | Podstawowa funkcja w martenzytycznej stali nierdzewnej |
| Chrom (Cr) | 10.5–18,0% | Zapewnia podstawową odporność stali nierdzewnej na korozję i utlenianie oraz silnie wpływa na stabilność faz. |
| Węgiel (C) | 0.03–1,20% | Podstawowy element utwardzający i wzmacniający w konwencjonalnych gatunkach martenzytycznych. |
| Nikiel (W) | 0–3,0% | Poprawia wytrzymałość, Twardość, i stabilność fazowa w wybranych gatunkach. |
| Molibden (Mo) | 0–1,5% | Zwiększa miejscową odporność na korozję i przyczynia się do hartowności i wydajności w podwyższonej temperaturze. |
| Mangan (Mn) | 0–1,5% | Wspomaga odtlenianie i wpływa na stabilność i hartowność austenitu. |
Krzem (I) |
0–1,0% | Działa przede wszystkim jako odtleniacz podczas produkcji stali i może przyczyniać się do zwiększenia odporności na utlenianie. |
| Azot (N) | 0–0,20% | Element wzmacniający i stabilizujący austenit stosowany w wybranych gatunkach nowoczesnych lub specjalistycznych. |
| Wanad (V) | 0–1,0%* | Mocny pierwiastek węglikotwórczy stosowany głównie w specjalistycznych stalach martenzytycznych o wysokim zużyciu lub narzędziowych. |
| Niobium (NB) | 0–1,0%* | Tworzy stabilne węgliki i może poprawić stabilność metalurgiczną w wybranych gatunkach. |
Węgiel: Podstawowy element utwardzający
Węgiel odgrywa szczególnie ważną rolę w martenzytycznej stali nierdzewnej, ponieważ silnie wpływa na strukturę powstającą podczas obróbki cieplnej.
W stanie wyżarzonym, węgiel może występować częściowo w roztworze stałym, a częściowo w fazach węglikowych, w zależności od gatunku i historii termicznej.
Podczas austenityzacji i późniejszego hartowania, węgiel przyczynia się do powstawania twardego martenzytu.
Jako ogólny trend inżynieryjny:
- Niższy poziom węgla sprzyjają lepszej wytrzymałości i bardziej umiarkowanej twardości.
- Średni poziom węgla zapewniają równowagę pomiędzy twardością i wytrzymałością mechaniczną.
- Wysoki poziom węgla umożliwiają bardzo wysoką twardość i lepszą odporność na zużycie, ale mogą zmniejszyć wytrzymałość i zwiększyć kruchość.
Z tego powodu gatunki należące do rodziny martenzytycznych mogą mieć zupełnie różne zastosowania.
Do zaworów można zastosować gatunek o stosunkowo niskiej zawartości węgla, Wały, i komponenty strukturalne, podczas gdy do noży można wybrać gatunek o wysokiej zawartości węgla, narzędzia tnące, i odporne na zużycie części precyzyjne.
3. Główne typy i gatunki martenzytycznej stali nierdzewnej
Martenzytyczna stal nierdzewna obejmuje kilka odrębnych grup gatunków opracowanych w celu spełnienia różnych wymagań dotyczących twardości, wytrzymałość, Odporność na korozję, odporność na zużycie, maszyna, wytrzymałość, i zdolność do obsady.
Standardowe gatunki martenzytyczne
Poniższe zakresy składu są reprezentatywnymi wartościami granicznymi powszechnie kojarzonymi z odpowiednimi oznaczeniami gatunków.
Dokładne wymagania należy zawsze sprawdzać w odniesieniu do obowiązującej normy ASTM, W, NAS, On jest, lub specyfikację klienta.
| Stopień | Oznaczenie USA | Przybliżony skład | Typowe zastosowania |
| 410 | S41000 | Cr: 11.5–13,5%; C: ≤0,15% | Zawory, Komponenty pompy, Wały, łączniki, Części turbiny, i ogólne komponenty przemysłowe. |
| 420 | S42000* | Cr: 12–14%; C: 0.15–0,40% | Sztućce, Instrumenty chirurgiczne, Ostrza, formy, i elementy odporne na zużycie. |
| 420J2 | Powszechnie kojarzone z odpowiednikami rodziny S42000** | Cr: 12–14%; C: 0.26–0,40% | Noże, nożyczki, nożyce, sztućce konsumenckie, i narzędzia skrawające ogólnego przeznaczenia. |
| 431 | S43100 | Cr: 15–17%; W: 1.25–2,50%; C: ≤0,20% | Wały pompowe, Wały morskie, Komponenty zaworów, Złącza samolotów, i części mechaniczne o dużej wytrzymałości. |
440A |
S44002 | Cr: 16–18%; C: 0.60–0,75% | Sztućce, Komponenty zaworów, namiar, instrumenty medyczne, i części odporne na zużycie. |
| 440B | S44003 | Cr: 16–18%; C: 0.75–0,95% | Narzędzia tnące, instrumenty precyzyjne, namiar, i noś elementy. |
| 440C | S44004 | Cr: 16–18%; C: 0.95–1,20% | Łożyska o wysokiej wydajności, precyzyjne elementy zużywalne, sztućce premium, części zaworów, i instrumenty chirurgiczne. |
| 416 | S41600 | Cr: 12–14%; C: ≤0,15%; S: 0.15–0,35% | Precyzyjnie wykonane okucia, Wały, śruby, Komponenty zaworów, łączniki, oraz części do automatycznych śrubokrętów. |
Odlewane gatunki martenzytyczne
System oznaczeń odlewów ASTM identyfikuje kilka ważnych gatunków martenzytycznej stali nierdzewnej.
| Klasa odlewu ASTM | Oznaczenie USA | Przybliżony skład | Typowe zastosowania |
| CA-15 | J91150 | Cr: około 11.5–14,0%; C: zazwyczaj ≤0,15% | Korpusy zaworów i wykończenia, Komponenty pompy, Części turbiny, sprzęt hydrauliczny, i maszyny przemysłowe. |
| CA-40 | J91151 | Cr: około 11.5–14,0%; C: Zazwyczaj do 0.40% | Odporne na zużycie części zaworów, Maszyny przemysłowe, komponenty obsługujące parę, i części mechaniczne. |
CA-6NM |
J91540 | Cr: około 11.5–14,0%; W: około 3.5–4,5%; Mo: około 0.4–1,0%; C: ≤0,06% | Turbiny hydrauliczne, urządzenia hydroelektryczne, duże wirniki pomp, PMIP ASPINGS, i elementy służące do odprowadzania wody. |
| CB-7Cu-1 | J92180 | Cr: około 14–16%; W: około 4–6%; Cu: około 2.5–4,0%; C: ≤0,07% | Komponenty lotnicze, odlewy o dużej wytrzymałości, lakierki, zawory, i wymagającego sprzętu przemysłowego. |
4. Obróbka cieplna martenzytycznej stali nierdzewnej
Obróbka cieplna jest jednym z charakterystycznych aspektów martenzytycznej stali nierdzewnej.
W przeciwieństwie do austenitycznych stali nierdzewnych, których na ogół nie można znacząco wzmocnić poprzez konwencjonalne hartowanie i odpuszczanie,
gatunki martenzytyczne są specjalnie zaprojektowane do opracowywania różnych kombinacji twardość, wytrzymałość, wytrzymałość, odporność na zużycie, i stabilność wymiarowa poprzez kontrolowaną obróbkę termiczną.
Wyżarzanie
Wyżarzanie jest powszechnie stosowane w celu zmiękczenia martenzytycznej stali nierdzewnej przed obróbką, tworzenie się, lub późniejsza obróbka cieplna.
W zależności od klasy i specyfikacji, stal jest podgrzewana do odpowiedniego zakresu temperatur i chłodzona w kontrolowanych warunkach, aby uzyskać bardziej miękką i łatwiejszą w obróbce mikrostrukturę.
Do głównych celów wyżarzania zalicza się:
- Zmniejszenie twardości
- Łagodzenie stresu wewnętrznego
- Poprawa obrabialności
- Poprawa stabilności wymiarowej
- Wytwarzanie bardziej jednolitej mikrostruktury przed ostatecznym utwardzeniem
Dla wielu komponentów, obróbka zgrubna jest wykonywana w stanie wyżarzonym, ponieważ całkowicie hartowana martenzytyczna stal nierdzewna może być trudna i kosztowna w obróbce.
Element jest następnie poddawany obróbce cieplnej, a następnie obróbce wykańczającej lub szlifowaniu w celu uzyskania wymaganych wymiarów końcowych.
Austenitizing
Austenityzowanie to etap, w którym stal jest podgrzewana do austenitu przed hartowaniem. Wymagana temperatura zależy w dużym stopniu od gatunku.
Do zwykłych martenzytycznych stali nierdzewnych, typowe temperatury austenityzacji mogą mieścić się w przybliżeniu w następujących zakresach:
| Rodzina klasowa | Typowy zakres austenityzowania* | Cel główny |
| 410 / niskowęglowe gatunki martenzytyczne | Około 925–1010°C | Opracuj strukturę austenityczną odpowiednią do późniejszego hartowania. |
| 420 / gatunki średniowęglowe | Około 980–1065°C | Przed hartowaniem rozpuścić odpowiednią ilość węgla i pierwiastków stopowych. |
| 440-serie gatunków wysokowęglowych | Około 1,010–1120 ° C. | Uzyskaj wysoki potencjał twardości, kontrolując rozpuszczanie węglików i wzrost ziaren. |
| 431 i gatunki zawierające nikiel | Około 980–1070°C | Opracuj odpowiednią równowagę hartowności, wytrzymałość, i wytrzymałość. |
* Zakresy te są wyłącznie reprezentatywne. Rzeczywiste temperatury obróbki cieplnej i czasy przetrzymywania należy dobrać zgodnie z obowiązującą specyfikacją materiału, Rozmiar sekcji, warunki pieca, i wymagane właściwości końcowe.
Austenityzowanie musi być dokładnie kontrolowane. Jeśli temperatura jest zbyt niska, niewystarczająca przemiana lub rozpuszczenie węglików może ograniczyć osiągalną twardość.
Zbyt wysokie temperatury lub zbyt długi czas przetrzymywania mogą sprzyjać wzrostowi ziaren i zwiększać ilość austenitu szczątkowego, potencjalnie zmniejszając wytrzymałość i stabilność wymiarową.
Gaszenie
Po austenityzowaniu, składnik chłodzi się z szybkością wystarczającą do wspomagania przemiany austenitu w martenzyt.
W zależności od gatunku i geometrii komponentu, może obejmować hartowanie:
- Chłodzenie powietrzem
- Hartowanie oleju
- Hartowanie polimeru
- Hartowanie w gazie pod ciśnieniem
- Inne metody kontrolowanego chłodzenia
Wybór środka hartującego stanowi równowagę pomiędzy osiągnięciem wystarczającego chłodzenia do hartowania i minimalizacją naprężeń termicznych.
Ruszenie
Świeżo hartowany martenzyt może mieć bardzo wysoką twardość, ale także wysokie naprężenia wewnętrzne i ograniczoną wytrzymałość.
Odpuszczanie jest zatem niezbędnym krokiem w większości zastosowań inżynieryjnych.
Podczas temperowania, stal jest ponownie podgrzewana do kontrolowanej temperatury poniżej zakresu austenityzacji i utrzymywana przez odpowiedni czas.
Proces umożliwia stabilizację struktury martenzytycznej i redukcję naprężeń szczątkowych, jednocześnie dostosowując równowagę pomiędzy twardością i wytrzymałością.
Zazwyczaj:
- Niższe temperatury odpuszczania zwykle zachowują wyższą twardość i odporność na zużycie.
- Wyższe temperatury odpuszczania ogólnie zmniejszają twardość, poprawiając jednocześnie wytrzymałość i stabilność naprężeń.
Dokładna zależność zależy od stopnia. Niektóre martenzytyczne stale nierdzewne mogą również wykazywać niepożądaną kruchość lub zmiany w zachowaniu korozyjnym w określonych zakresach odpuszczania.
Dlatego, Temperaturę odpuszczania należy wybrać zgodnie z odpowiednią specyfikacją gatunku i wymaganymi właściwościami użytkowymi, a nie opierać się wyłącznie na ogólnej docelowej twardości.
Podwójne odpuszczanie i stabilizacja wymiarowa
Mogą być wymagane wysokowęglowe i wysokowydajne martenzytyczne stale nierdzewne wiele cykli odpuszczania w celu poprawy stabilności strukturalnej i zmniejszenia efektów austenitu szczątkowego.
Podwójne hartowanie może zapewnić kilka korzyści:
- Poprawiona stabilność wymiarowa
- Bardziej jednolite właściwości mechaniczne
- Zmniejszone naprężenia szczątkowe
- Stabilizacja przekształconego austenitu szczątkowego
- Lepsza równowaga pomiędzy twardością i wytrzymałością
W zastosowaniach precyzyjnych, przed końcowym szlifowaniem lub wykańczaniem można zastosować dodatkowe zabiegi stabilizujące.
Jest to szczególnie ważne w przypadku łożysk, narzędzia tnące, precyzyjne elementy zaworów, i inne części, w przypadku których niewielkie zmiany wymiarowe mogą mieć wpływ na wydajność funkcjonalną.
5. Typowe zakresy właściwości mechanicznych martenzytycznej stali nierdzewnej
Poniższe wartości przedstawiają reprezentatywne zakresy inżynieryjne dla powszechnie stosowanych martenzytycznych stali nierdzewnych.
Rzeczywiste właściwości różnią się w zależności od postaci produktu, grubość sekcji, obróbka cieplna, stan odpuszczania, i obowiązującą normę.
| Stopień | Typowy stan | Granica plastyczności, RP0.2 (MPA) | Wytrzymałość na rozciąganie, Rm (MPA) | Wydłużenie A (%) | Twardość |
| 410 | Utwardzony & hartowany | 550–1000 | 700–1 200 | 10–20 | Ok. 25–45 HRC |
| 416 | Utwardzony & hartowany | 550–1000 | 700–1 200 | 10–20 | Ok. 25–45 HRC |
| 420 | Utwardzony & hartowany | 700–1300 | 900–1600 | 8–18 | Ok. 45–55 HRC |
| 431 | Utwardzony & hartowany | 700–1000 | 900–1 200 | 10–20 | Ok. 28–45 HRC |
| 440A | Utwardzony & hartowany | 1,000–1500 | 1,500–1900 | 5–12 | Ok. 54–58 HRC |
| 440B | Utwardzony & hartowany | 1,100–1500 | 1,600–1950 | 4–10 | Ok. 56–59 HRC |
| 440C | Utwardzony & hartowany | 1,200–1600 | 1,800–2000+ | 2–8 | Ok. 56–60 HRC |
| CA-15 | Rzucać, poddane obróbce cieplne | ≥450 | ≥620 | ≥18 | Typowo ~180–230 HB |
6. Charakterystyka stali martenzytycznej
Odporność na korozję
Jak wszystkie stali nierdzewne, gatunki martenzytyczne zapewniają ochronę przed korozją cienką warstwą, samonaprawiająca się warstwa pasywna z tlenku chromu.
Jednakże, ich wydajność jest niższa niż w przypadku gatunków austenitycznych:
- Zapewniają dobrą odporność na atmosferę wiejską i lekką atmosferę miejską, neutralna słodka woda, łagodne kwasy organiczne i większość środowisk spożywczych.
- Ich niższa zawartość chromu (12–14% dla gatunków standardowych) i wytrącanie węglika chromu powodują gorszą odporność na wżery i ogólną odporność na korozję w porównaniu z 18/8 stale austenityczne.
- Nie nadają się do długotrwałego kontaktu z wodą morską, mocne kwasy mineralne, roztwory o wysokiej zawartości chlorków lub ciężkie atmosfery przemysłowe.
- Gatunki o wyższej zawartości chromu, takie jak 440C, zapewniają lepszą odporność na korozję niż gatunki o niższej zawartości chromu 410 I 420, pomimo wyższej zawartości węgla.
Właściwości magnetyczne
Martenzytyczne stale nierdzewne są silnie magnetyczne we wszystkich warunkach obróbki cieplnej.
Jest to bezpośrednia konsekwencja ich tetragonalnej struktury krystalicznej skupionej na ciele, który wspiera spontaniczne uporządkowanie magnetyczne z niesparowanych spinów elektronów.
Powszechnym błędnym przekonaniem jest to, że reakcja magnetyczna wskazuje na stal nierdzewną niskiej jakości.
W rzeczywistości, magnetyzm jest właściwością strukturalną, nie jest wskaźnikiem jakości: wszystkie martenzytyczne i ferrytyczne stale nierdzewne są naturalnie magnetyczne, w tym gatunki o wysokiej wydajności, takie jak 440C.
Odporność na zużycie i twardość
Doskonała odporność na zużycie to sztandarowa zaleta wysokowęglowych gatunków martenzytycznych.
Po stwardnieniu 55+ HRC, przewyższają austenityczne i ferrytyczne stale nierdzewne 5–10 razy, zarówno w zastosowaniach związanych ze zużyciem ściernym, jak i adhezyjnym.
Połączenie twardej matrycy martenzytycznej i rozproszonych cząstek węglika chromu tworzy materiał, który zachowuje swój kształt i wykończenie powierzchni przy wielokrotnym kontakcie ślizgowym.
To sprawia, że stal martenzytyczna jest jedyną realną opcją stali nierdzewnej na krawędzie skrawające, powierzchnie nośne i elementy styków ślizgowych.
Spawalność martenzytycznej stali nierdzewnej
Spawalność jest ogólnie uważana za najważniejsze ograniczenie przetwarzania martenzytycznych stali nierdzewnych:
- Wysoka hartowność stopu oznacza, że metal spoiny i strefy wpływu ciepła szybko twardnieją po ochłodzeniu, powodując wysokie szczątkowe naprężenia rozciągające i wysokie ryzyko pękania na zimno.
- Standardowe procedury spawania wymagają wstępnego podgrzania do 200–300°C, kontrolowana temperatura międzyściegowa i obowiązkowe odpuszczanie po spawaniu bezpośrednio po spawaniu, aby zapobiec awariom.
- Klasa niskoemisyjna 410 ma najlepszą spawalność w rodzinie; wysokowęglowy 440C generalnie nie jest zalecany do spawania.
- Do krytycznych aplikacji, pasujące luty martenzytyczne lub austenityczne 309/310 Aby zmniejszyć ryzyko pękania, stosuje się wypełniacze.
Skrawalność i formowalność
- Maszyna różni się znacznie w zależności od twardości. W stanie całkowicie wyżarzonym, martenzytyczne stale nierdzewne mają dobrą skrawalność, ogólnie lepsze niż austenityczne 304 ze względu na niższy stopień utwardzania.
W stanie hartowanym, skrawalność jest bardzo słaba; prawie całą obróbkę wykańczającą należy zakończyć w stanie wyżarzonym zmiękczająco przed hartowaniem.
Gatunek do obróbki swobodnej 416 oferuje znacznie lepsze łamanie wiórów i trwałość narzędzia w przypadku wielkoseryjnej produkcji maszyn śrubowych. - Formalność jest umiarkowany w stanie wyżarzonym, nadaje się do gięcia, operacje formowania walcowego i płytkiego ciągnienia.
Gatunki martenzytyczne nie dorównują podatności na głębokie tłoczenie stali austenitycznych, i formowanie na zimno należy zawsze przeprowadzić przed hartowaniem.
7. Procesy produkcyjne elementów ze stali nierdzewnej martenzytycznej
Martenzytyczną stal nierdzewną można przetwarzać różnymi metodami produkcyjnymi, w tym CNC Mękawka, Casting inwestycyjny, Casting piasku, kucie, i metalurgii proszków.
Odpowiedni proces zależy od geometrii komponentu, Wymagania wymiarowe, Wolumen produkcyjny, wymagania dotyczące właściwości mechanicznych, wykorzystanie materiału, oraz czy element będzie poddawany późniejszemu hartowaniu i odpuszczaniu.
CNC Mękawka
CNC Mękawka to subtraktywny proces produkcyjny, podczas którego martenzytyczna stal nierdzewna jest usuwana z pręta, płyta, kucie, lub inny półprodukt przy użyciu sterowanych komputerowo narzędzi skrawających.
Typowe operacje obejmują obrócenie, przemiał, wiercenie, gwintowanie, nudny, szlifowanie, i obróbkę wieloosiową.
Martenzytyczna stal nierdzewna jest często obrabiana w stanie wyżarzonym lub zmiękczonym przed ostatecznym hartowaniem.
Następnie po obróbce zgrubnej można zastosować hartowanie i odpuszczanie, z obróbką wykańczającą lub szlifowaniem stosowanym w celu osiągnięcia ostatecznych wymagań wymiarowych i powierzchniowych.
Casting inwestycyjny
Casting inwestycyjny, znany również jako Casting zagubiony, produkuje elementy z martenzytycznej stali nierdzewnej, tworząc szczegółowy wzór wosku, tworząc ceramiczną powłokę wokół wzoru, usunięcie wosku, i wlewanie stopionej stali nierdzewnej do powstałej wnęki.
Proces ten jest szczególnie przydatny w przypadku komponentów z złożone geometrie, cienkie sekcje, fragmenty wewnętrzne, zintegrowani szefowie, i trudnych w obróbce profili.
Casting piasku
Casting piasku wykorzystuje formę piaskową do uformowania wnęki, do której wlewa się stopioną martenzytyczną stal nierdzewną.
W porównaniu z odlewaniem inwestycyjnym, odlewanie piaskowe zapewnia większą elastyczność większe komponenty i stosunkowo proste lub średnio złożone geometrie.
Jest szeroko stosowany w komponentach przemysłowych, w których występuje integralność strukturalna, rozmiar komponentu, i ekonomika produkcji są ważniejsze niż bardzo drobne szczegóły powierzchni.
Kucie
Kucie tworzy martenzytyczną stal nierdzewną poprzez kontrolowane odkształcenie plastyczne, zwykle w podwyższonej temperaturze.
Materiał jest ściskany pomiędzy matrycami lub innym oprzyrządowaniem w celu uzyskania wymaganej geometrii.
Kucie może wygenerować wyrafinowaną i kierunkową mikrostrukturę, jednocześnie zmniejszając porowatość wewnętrzną i poprawiając integralność strukturalną.
Dlatego jest często wybierany do elementów narażonych na działanie Wysokie obciążenia mechaniczne, uderzenie, ciśnienie, lub naprężenia cykliczne.
Do typowych elementów kutych zaliczają się wały, Łodygi zaworu, Wały pompowe, łączniki, armatura, i elementy mechaniczne o dużej wytrzymałości.
Metallurgia proszkowa
Metallurgia proszkowa produkuje wysokowęglowe gatunki martenzytyczne, takie jak 440C, z wyjątkowo równomiernym rozkładem węglików i drobnoziarnistą strukturą, przewyższa materiał kuty pod względem odporności na zużycie i stabilności wymiarowej.
Proces jest idealny dla małych, skomplikowanych komponentów ulegających dużemu zużyciu, w przypadku których konwencjonalna obróbka byłaby zbyt kosztowna.
8. Wykończenia powierzchni i inżynieria powierzchni
Martenzytyczne stale nierdzewne można poddać pełnemu zakresowi wykańczania powierzchni i obróbek inżynieryjnych w celu poprawy wyglądu, odporność na korozję i odporność na zużycie:
- Wykończenie młyna: Standardowa powierzchnia po walcowaniu lub kuciu dla przemysłowych części konstrukcyjnych
- Polerowanie mechaniczne / Wykończenie lustra: Gatunki o wysokiej zawartości węgla można polerować do uzyskania powierzchni lustrzanych o jakości optycznej, co czyni je standardem w zakresie narzędzi chirurgicznych i wysokiej klasy sztućców
- Szczotkowane / satynowe wykończenie: Kierunkowe teksturowane wykończenie narzędzi ręcznych i elementów dekoracyjnych
- Pasywacja: Obróbka chemiczna w celu usunięcia wolnego żelaza i wzmocnienia pasywnej warstwy tlenku, poprawa odporności na korozję
- Elektropolera: Ultra-gładka, odporne na korozję wykończenie powierzchni elementów medycznych i mających kontakt z żywnością
- Twarde powłoki: DLC, Powłoki TiN i węglika chromu dodatkowo zwiększają twardość powierzchni i zmniejszają tarcie w zastosowaniach łożyskowych i skrawających narażonych na duże zużycie
9. Zastosowania martenzytycznej stali nierdzewnej
Martenzytyczna stal nierdzewna jest szeroko stosowana tam, gdzie element wymaga połączenia dużej wytrzymałości, twardość, odporność na zużycie, Umiarkowana odporność na korozję, i stabilność wymiarowa.
Zawory i sprzęt do kontroli płynów
Martenzytyczna stal nierdzewna jest szeroko stosowana Łodygi zaworu, wykończenie zaworu, miejsca, Wały, i inne elementy wewnętrzne.
Jego wysoka twardość pomaga zapobiegać erozji, abrazja, i wielokrotny kontakt mechaniczny, podczas gdy jego odporność na korozję zapewnia ochronę w wielu wodach, para, i środowiska płynów przemysłowych.
Typowe komponenty obejmują:
- Łodygi zaworu
- Kule zaworów i wykończenia
- Miejsca
- Wały pompowe
- Przeszkody
- Tuleje
- Noś pierścionki
Sztućce i narzędzia tnące
Gatunki martenzytyczne o wysokiej zawartości węgla są szczególnie ważne w nożach i zastosowaniach do cięcia.
420 jest szeroko stosowany do ostrzy ogólnego przeznaczenia, chwila 440A, 440B, i 440°C może zapewnić wyższą twardość i odporność na zużycie.
Kluczowe zalety to:
- Wysoka retencja krawędzi
- Wysoka twardość
- Odporność na odkształcenia
- Dobry odporność na zużycie
- Rozsądna odporność na korozję w porównaniu z konwencjonalnymi węglowymi stalami narzędziowymi
Łożyska i precyzyjne elementy zużywające się
Wysokowęglowe martenzytyczne stale nierdzewne, zwłaszcza 440°C, stosowane są do odpornych na korozję elementów łożysk.
Typowe zastosowania obejmują:
- Kulki łożyskowe
- Wyścigi łożysk
- Precyzyjne rolki
- Tuleje
- Noś pierścionki
- Łożyska instrumentów
Instrumenty medyczne i chirurgiczne
Martenzytyczne stale nierdzewne są szeroko stosowane w narzędziach chirurgicznych, ponieważ można je łączyć twardość, utrzymanie krawędzi, wytrzymałość, Odporność na korozję, i zdolność sterylizacji.
Aplikacje obejmują:
- Nożyczki chirurgiczne
- Ostrza chirurgiczne
- Kleszcze
- Zaciski
- Instrumenty dentystyczne
- Narzędzia tnące
Komponenty samochodowe
Martenzytyczna stal nierdzewna może być stosowana w elementach samochodowych narażonych na obciążenia mechaniczne, ciepło, nosić , i środowiska korozyjne.
Aplikacje obejmują:
- Wały
- Komponenty zaworów
- Komponenty pompy
- Łączniki
- Elementy związane z układem wydechowym
- Siłowniki mechaniczne
- Komponenty odporne na zużycie
Komponenty lotnicze i turbinowe
Wybrane martenzytyczne stale nierdzewne są stosowane w sprzęcie lotniczym i energetycznym, gdzie wymagana jest wysoka wytrzymałość i stabilność wymiarowa.
Aplikacje mogą obejmować:
- Składniki turbiny
- Wały
- Łączniki
- Komponenty pompy
- Elementy wykonawcze
- Części mechaniczne o wysokiej wytrzymałości
Energia, Pompa, i sprzęt hydroelektryczny
Martenzytyczne stale nierdzewne odgrywają również ważną rolę w urządzeniach do wytwarzania energii i uzdatniania wody.
Stopień obsady CA-6NM, Na przykład, jest niskowęglową martenzytyczną stalą nierdzewną zawierającą nikiel i molibden i jest powszechnie kojarzona wirniki turbin hydraulicznych, Komponenty pompy, i sprzęt do uzdatniania wody.
10. Zalety i ograniczenia martenzytycznej stali nierdzewnej
Martenzytyczna stal nierdzewna różni się od innych rodzin stali nierdzewnych zdolnością do rozwoju wysoka wytrzymałość i twardość poprzez hartowanie i odpuszczanie.
Dzięki temu nadaje się szczególnie do elementów narażonych na zużycie, obciążenie mechaniczne, cięcie, uderzenie, i wielokrotny kontakt.
Jednakże, te same właściwości metalurgiczne, które zapewniają wysoką twardość, mogą zmniejszyć ciągliwość, wytrzymałość, Odporność na korozję, i spawalność.
Kluczowe zalety
- Jedyna rodzina stali nierdzewnej, którą można utwardzać poprzez obróbkę cieplną, z możliwością regulacji twardości od 20 HRC do 62 HRC
- Doskonała odporność na zużycie i twardość powierzchni, 5–10 razy lepsza od austenitycznych stali nierdzewnych
- 2–3 razy większa wytrzymałość niż standardowe gatunki austenityczne w stanie hartowanym
- Umiarkowana odporność na korozję, znacznie lepsze niż zwykła stal węglowa
- Naturalnie magnetyczne, nadaje się do zastosowań w elementach magnetycznych
- Doskonała polerowalność do wykończeń lustrzanych o wysokim połysku
- Niższy koszt w porównaniu do wysokostopowych stali austenitycznych i stali nierdzewnych typu duplex przy równoważnym poziomie wytrzymałości
Nieodłączne ograniczenia
- Niższa odporność na korozję ogólną i wżerową w porównaniu z 304/316 oceny austenityczne; nieodpowiednie dla środowisk o wysokiej zawartości chlorków i mocnych kwasów
- Słaba spawalność wymagająca podgrzewania wstępnego i odpuszczania po spawaniu, aby uniknąć pęknięć
- Wymaga obróbki cieplnej w celu uzyskania optymalnych właściwości, dodanie kosztów przetwarzania i czasu realizacji
- Niższa ciągliwość i wytrzymałość niż austenityczne stale nierdzewne w stanie hartowanym
- Podatny na kruchość odpuszczania w określonych zakresach temperatur
- Ograniczona zdolność głębokiego tłoczenia i formowania na zimno
11. Martenzytyczny vs. Austenit vs. Ferrytyczna stal nierdzewna
Trzy główne rodziny stali nierdzewnych różnią się przede wszystkim mikrostrukturą, reakcja na obróbkę cieplną, wytrzymałość, Odporność na korozję, plastyczność, zachowanie magnetyczne, i spawalność.
Poniższa tabela skupia się na cechach konstrukcyjnych najbardziej istotnych przy wyborze materiału.
| Nieruchomość | Martenzytyczna stal nierdzewna | Austenityczna stal nierdzewna | Ferrytyczna stal nierdzewna |
| Typowe oceny | 410, 420, 431, 440A/440C | 304, 304L, 316, 316L, 321 | 409, 430, 439, 441, 444 |
| Struktura krystaliczna | Martenzyt BCT po hartowaniu | Fcc austenite | BCC Ferrite |
| Typowa zawartość Cr | ~ 11,5–18% wag. | ~ 16–26% wag. | ~ 10,5–30% wag. |
| Hartowanie poprzez obróbkę cieplną | Doskonały; wygaszone i hartowane | Nieutwardzalny przez konwencjonalne hartowanie | Nieutwardzalny przez konwencjonalne hartowanie |
| Wytrzymałość | Wysoka do bardzo wysokiego | Umiarkowany; wyższa wytrzymałość osiągalna poprzez obróbkę na zimno | Umiarkowany |
| Twardość | Wysoki, zazwyczaj ~20–60+ HRC w zależności od gatunku i stanu | Generalnie niższy w stanie wyżarzonym | Generalnie umiarkowane |
| Plastyczność & Wytrzymałość | Umiarkowane do niskiego, gdy są silnie utwardzone | Doskonały | Umiarkowany |
| Odporność na korozję | Umiarkowany do dobrych | Doskonałe lub bardzo dobre | Dobre dla wielu środowisk atmosferycznych |
| Odporność na zużycie | Znakomity po utwardzeniu | Umiarkowany | Umiarkowany |
| Właściwości magnetyczne | Magnetyczny | Generalnie niemagnetyczny po wyżarzaniu | Magnetyczny |
| Spawalność | Umiarkowany do biednych; może być wymagana kontrola obróbki cieplnej | Doskonały, szczególnie niskoemisyjne | Dobry do umiarkowanego |
| Formalność | Umiarkowany; ograniczone poważne formowanie | Doskonały, łącznie z głębokim rysowaniem | Dobry do umiarkowanego |
Maszyna |
Dobre po wyżarzaniu; trudne po stwardnieniu | Umiarkowany; utwardzanie przez zgniot może skomplikować obróbkę | Ogólnie dobry do umiarkowanego |
| Wydajność w niskich temperaturach | Zależne od klasy; gatunki wysokowęglowe mogą mieć ograniczoną wytrzymałość | Doskonały | Bardziej ograniczone ze względu na przejście od plastycznego do kruchego |
| Typowe zastosowania | Noże, Wały, zawory, lakierki, namiar, Instrumenty chirurgiczne, nosić części | Sprzęt chemiczny, sprzęt do przetwarzania żywności, naczynia ciśnieniowe, rurociąg, Komponenty architektoniczne | Systemy wydechowe samochodowe, urządzenia, Panele architektoniczne, wymienniki ciepła |
| Główna zaleta | Wysoka siła, twardość, i odporność na zużycie | Najwyższy odporność na korozję, plastyczność, wytrzymałość, i spawalność | Dobra odporność na korozję, niska rozszerzalność cieplna, właściwości magnetyczne, i efektywność kosztowa |
| Główne ograniczenie | Niższa odporność na korozję i spawalność | Niższa twardość w stanie wyżarzonym; Gatunki zawierające Ni mogą być droższe | Niższa wytrzymałość i odkształcalność niż gatunki austenityczne |
12. Niestandardowe części ze stali nierdzewnej martenzytycznej firmy LangHe
LangHe zapewnia dostosowane rozwiązania produkcyjne dla elementy ze stali nierdzewnej martenzytycznej, łączenie wyboru materiału, precyzyjne odlewanie, CNC Mękawka, obróbka cieplna, i wykańczanie powierzchni w celu wytworzenia komponentów dostosowanych do określonych wymagań mechanicznych i wymiarowych.
| Zdolność | Bliższe dane |
| Martenzytyczne gatunki stali nierdzewnej | 410, 420, 431, 440A, 440B, 440C i wybrane gatunki martenzytu odlewanego |
| Procesy produkcyjne | Casting inwestycyjny, Casting piasku, CNC Turning, Frezowanie CNC, wiercenie, szlifowanie i powiązane operacje wtórne |
| Obróbka cieplna | Wyżarzanie, hartowanie, hartowanie i odpuszczanie w zależności od gatunku i wymaganych właściwości mechanicznych |
| Obróbka | CNC Turning, przemiał, wiercenie, gwintowanie, nudny, szlifowanie i precyzyjne wykończenie |
Wykończenie powierzchni |
Polerowanie, szlifowanie, pasywacja i wybrane funkcjonalne obróbki powierzchni |
| Typy komponentów | Komponenty zaworów, Części pompowe, Wały, tuleje, zużywające się elementy, armatura mechaniczna, oprzyrządowanie i precyzyjne części przemysłowe |
| Kontrola jakości | ISO 9001:2015 atestowany; 100% Badania NDT i wymiarowe. |
| Personalizacja | Produkcja według rysunków klienta, 3D CAD Modele, specyfikacje, próbki lub wymagania aplikacyjne |
13. Wniosek
Martenzytyczna stal nierdzewna zajmuje wyjątkową i niezastąpioną pozycję w rodzinie stali nierdzewnej.
Jako jedyna stal nierdzewna, którą można utwardzać poprzez obróbkę cieplną w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości i doskonałej odporności na zużycie, wypełnia krytyczną lukę w wydajności pomiędzy zwykłymi węglowymi stalami narzędziowymi a odpornymi na korozję austenitycznymi stalami nierdzewnymi.
Jego odporność na korozję jest niższa niż w przypadku 304 I 316 oceny austenityczne, zapewnia jednak wytrzymałość i odporność na zużycie, której nie może dorównać żaden gatunek austenityczny ani ferrytyczny.
Od sztućców codziennego użytku po precyzyjne narzędzia chirurgiczne, od zaworów przemysłowych po łopatki turbin energetycznych, Martenzytyczne stale nierdzewne zapewniają docelowe parametry tam, gdzie umiarkowana odporność na korozję musi być połączona z wysoką wytrzymałością i trwałością na zużycie.
Ponieważ projektowanie stopów i technologia obróbki cieplnej stale się rozwijają, nowy, wzmocniony, gatunki martenzytyczne o wysokiej czystości i utwardzane wydzieleniowo będą w dalszym ciągu poszerzać zakres zastosowań tej rodziny materiałów, wzmacniając swój status istotnej gałęzi światowego ekosystemu stali nierdzewnej.
FAQ
Jaka jest różnica między martenzytyczną a austenityczną stalą nierdzewną?
Martenzytyczną stal nierdzewną można utwardzać poprzez obróbkę cieplną, magnetyczny, i ma umiarkowaną odporność na korozję.
Austenityczna stal nierdzewna nie jest utwardzalna poprzez obróbkę cieplną, Niemagnetyczne, i ma doskonałą odporność na korozję.
Do sztućców stosuje się gatunki martenzytyczne, zawory, i łożyska; gatunki austenityczne są używane w przemyśle chemicznym, żywność, i zastosowania morskie.
Czy można spawać martenzytyczną stal nierdzewną?
Tak, ale z ostrożnością. Aby zapobiec pękaniu i przywrócić właściwości mechaniczne, wymagane jest podgrzewanie wstępne i obróbka cieplna po spawaniu.
Czy martenzytyczna stal nierdzewna jest magnetyczna?
Tak. Wszystkie martenzytyczne stale nierdzewne są ferromagnetykami (silnie przyciągane przez magnesy).
Czy rdza martenzytyczna ze stali nierdzewnej?
Martenzytyczna stal nierdzewna może plamić i korodować w agresywnych warunkach.
Jest odporny na rdzę w normalnym środowisku atmosferycznym i słodkowodnym, ale w przypadku dużej zawartości soli będzie powodować plamy na powierzchni i wżery, w warunkach silnego kwasu lub ciężkiego przemysłu.
Nie nadaje się do długotrwałego zanurzenia w wodzie morskiej lub ciągłego narażenia na działanie chlorków.
Czy martenzytyczną stal nierdzewną można poddać obróbce cieplnej??
Tak. Obróbka cieplna jest jedną z charakterystycznych cech tej rodziny stali nierdzewnej.
W zależności od stopnia, hartowanie, a następnie odpuszczanie może znacznie zwiększyć twardość, wytrzymałość na rozciąganie, i odporność na zużycie.
Która martenzytyczna stal nierdzewna jest najtwardsza?
Wśród powszechnych martenzytycznych stali nierdzewnych, 440C jest jednym z gatunków o najwyższej zawartości węgla i może osiągnąć bardzo wysoką twardość po odpowiedniej obróbce cieplnej.
Wysoka twardość sprawia, że szczególnie nadaje się do łożysk, narzędzia tnące, zużywające się elementy, i wysokiej klasy ostrza.
