17-4 Aço inoxidável pH | Liga de endurecimento por precipitação

1. Introdução

17-4 Aço inoxidável pH (Freqüentemente especificado como UNS S17400, Aisi 630, ou pt 1.4542) é um dos aços inoxidáveis ​​mais amplamente utilizados na indústria.

Entrega uma combinação atraente de alta resistência, boa resistência, Resistência a corrosão prática e excelente fabricação.

Porque sua condição mecânica é controlada por tratamento térmico, em vez de apenas composição,

17-4 O pH pode ser adaptado a uma variedade de compensações de força/resistência para adequar os prendedores, eixos, Componentes da válvula, Aeroespaciais e muitas outras peças de engenharia.

2. O que é 17-4 Aço inoxidável pH?

17-4 PH é a martensítico, Hardening de precipitação aço inoxidável.

É fortalecido principalmente pela formação de precipitados finos ricos em cobre produzidos durante um envelhecimento controlado (endurecimento da precipitação) Etapa seguindo o tratamento da solução.

No recozido (Solutalizado) estado, é relativamente macio e facilmente usinado; Após o envelhecimento, pode atingir pontos fortes de tração semelhantes aos aços de liga de alta resistência, mantendo grande parte da resistência à corrosão de notas inoxidáveis.

Características

• Alta resistência: Pico de resistência à tração na faixa H900 se aproxima ~ 1,3-1,4 gPa (190–200 ksi).
• Trial: propriedades adaptadas pelo envelhecimento (H900 → H1150 Tempers) para equilibrar força, resistência à resistência e SCC.
• Boa resistência à corrosão: melhor do que aços martensíticos típicos; Adequado para muitos ambientes industriais e levemente corrosivos.
• Boa fabricação: máquinável em condição tratada com solução; soldável com procedimentos apropriados.
• Magnético: A microestrutura martensítica é magnética na maioria das condições.
• Amplas formulários de suprimento: barras, Esquecimento, placa, arame, pó (para aditivo e MIM), Esquecimento.

3. Composição química de 17-4 Aço inoxidável pH

As propriedades de 17-4 Aço inoxidável pH estão diretamente ligados à sua composição química cuidadosamente equilibrada.

É classificado como um Aço inoxidável de endurecimento por precipitação martensítica, E cada elemento de liga desempenha um papel distinto na entrega de força, resistência, e resistência à corrosão.

Composição padrão (Peso %)

4. Tecnologia de tratamento térmico de 17-4 Aço inoxidável pH

O excepcional equilíbrio de força -teta -textura -corrosão de 17-4 Aço inoxidável pH vem de seu único Sequência de tratamento térmico, que combina recozimento da solução e endurecimento da precipitação (envelhecimento).

Processo de tratamento térmico do núcleo

Etapa 1: Recozimento da solução

• Objetivo: Homogeneize a microestrutura dissolvendo todo o cobre e nióbio na matriz de austenita; eliminar a segregação do elenco/forjamento.
• Parâmetros: Aqueça a 1.040-1.060 ° C. (1,900–1.940 ° F.), Segure por 30 a 60 minutos (dependente da espessura da seção: 30 minutos para <25 mm, 60 minutos para >50 mm), então ar frio ou aquário da água à temperatura ambiente.
• Resultado: Austenita se transforma em martensita suave (dureza: ~ 200 HB); O cobre permanece em solução sólida supersaturada - preparando a liga para o envelhecimento.

Etapa 2: Endurecimento da precipitação (Envelhecimento)

• Objetivo: Trigger Difusão controlada de átomos de cobre para formar precipitar ε-Cu indutores de força. A temperatura do envelhecimento determina o tamanho do precipitado e, por isso, desempenho:

• • Baixas temperaturas (480° c): Precipitados finos (5 nm) → Força máxima, baixa tenacidade.
  • Altas temperaturas (620° c): Precipita grossa (20 nm) → Resistência mais baixa, alta tenacidade.

Temperaturas de envelhecimento padrão (ASTM A564):

• H900: 482 ° C para 1 H → Max Força (~ 1310–1380 MPa), dureza 40-45 HRC, Mas menor tenacidade.
• H1025: 552 ° C para 4 h → força equilibrada (~ 1170 MPa) e resistência; amplamente utilizado no aeroespacial.
• H1075: 579 ° C para 4 H → Força moderada (~ 1070 MPa), ductilidade melhorada.
• H1100: 593 ° C para 4 h → menor força (~ 1000 MPa), maior resistência, boa resistência à corrosão do estresse.
• H1150 (2-etapa): 620 ° C para 4 h + legal + 620 ° C para 4 H → menor força (~ 900 MPa), mais alta ductilidade e resistência, usado em fuzileiros navais & nuclear.

5. Propriedades mecânicas típicas por temperamento

O desempenho mecânico de 17-4 Aço inoxidável pH é altamente dependente de seu condição de envelhecimento (temperamento).

Selecionando diferentes temperaturas de tratamento térmico, Os engenheiros podem equilibrar força, resistência, ductilidade, e resistência à corrosão Para se adequar a aplicações específicas.

6. Resistência à corrosão: Recursos e limitações

17-4 O PH oferece resistência moderada à corrosão - Superior a aços martensíticos, mas inferior às notas austeníticas ou duplexas. Seu desempenho depende do ambiente, tratamento térmico, e acabamento superficial.

Mecanismos de corrosão & Dados de desempenho

• Resistência ao pitting: Madeira = 18–20 (calculado como %cr + 3.3×%MO + 16×%n)- mais baixo que 316L (Madeira 24–26) mas superior a 410 (Madeira 16–18).
  Em 5% Teste de spray de sal de NaCl (ASTM B117), 17-4 Ph (passivado) resiste à ferrugem vermelha por 500 a 700 horas vs. 1,000+ horas para 316L.
• Corrosão geral: Se apresenta bem em água doce, ar, e produtos químicos leves (pH 4-10). Em 10% ácido sulfúrico (H₂so₄), A taxa de corrosão é 0.1 mm/ano (vs.. 0.05 mm/ano para 316l).
• Corrosão intergranular (IGC): Baixo teor de carbono (<0.07%) e a estabilização de niobium impedem a precipitação do carboneto de cromo - passa a prática ASTM A262 e (Teste IGC) sem quebrar.
• Estresse corrosão rachando (SCC): Resiste ao SCC em água doce e na maioria dos produtos químicos, mas é suscetível em ambientes ricos em cloreto (>100 ppm cl⁻) sob tensão de tração. H1150 Temper (menor força) é mais resistente ao SCC do que H900.

Estratégias de mitigação de corrosão

• Passivação: Imergir em 20 a 30% de ácido nítrico (40–60 ° C., 30 minutos) para engrossar a camada Cr₂o₃ - aprimora a resistência a spray de sal por 30%.
• Eletropolismo: Cria uma superfície lisa (RA ≤0,8 μm) Isso reduz a corrosão da fenda - crítica para aplicações médicas e alimentares.
• Revestimentos: Para ambientes agressivos (água do mar), Aplique PTFE ou revestimentos de cerâmica para estender a vida útil do serviço por 2–3x.

7. Métodos de fabricação: Elenco, Forjamento, Usinagem, Soldagem

Elenco

• Elenco de investimento: Amplamente utilizado para aeroespacial, bombear, e componentes da válvula que requerem geometria de quase rede e acabamento superficial fino (RA 1.6-3,2 μm).
• Fundição de areia: Aplicado para grandes peças, mas requer usinagem subsequente devido à menor precisão dimensional (CT8 - CT10 por ISO 8062).
• Considerações importantes:

• • Subsídio de encolhimento ~ 2,0% para 17-4 Ph.
  • Os riscos de porosidade e segregação devem ser atenuados com solidificação controlada e prensagem isostática quente (QUADRIL).
  • O recozimento da solução pós-molde é essencial antes do endurecimento da precipitação.

Forjamento

• Forjamento de morto fechado: Produz um fluxo de grãos mais forte e maior resistência à fadiga. Ideal para eixos, trem de pouso, e partes estruturais.
• Forjamento de mordações abertas: Usado para grandes tarugos, discos, ou anéis onde a força direcional é crítica.
• Vantagens:

• • Força de tração até 1380 MPA no temperamento H900 é possível com a estrutura de grão refinada.
  • Risco reduzido de encolhimento interno em comparação com o elenco.

• Desafios: Custos mais altos de ferramentas e liberdade de design limitado em comparação com o elenco.

Usinagem

• MACHINABILIDADE: Comparável a 304 aço inoxidável em condição tratada com solução, mas se torna significativamente mais difícil após o endurecimento da precipitação (Por exemplo, H900 Temperidade ~ 44 HRC).
• Recomendações:

• • Use ferramentas de carboneto com configurações rígidas.
  • Empregar líquido de líquido de inundação para reduzir o endurecimento do trabalho.
  • Acabar com a usinagem frequentemente feita em Estado sem solução, seguido de tratamento térmico final.

• Aplicações: Acumulações aeroespaciais de precisão, instrumentos médicos, Componentes da turbina.

Soldagem

• Processos: Gtaw (TIG), Gawn (MEU), E Smaw é viável.
• Soldabilidade: Bom, mas requer tratamento térmico pós-soldado (recozimento da solução + envelhecimento) Para restaurar o endurecimento da precipitação uniforme.
• Práticas principais:

• • Endurecido pela precipitação (envelhecido) o material deve não ser soldado diretamente - corre o risco de quebrar e reduzir propriedades mecânicas.
  • Metais de enchimento: AWS A5.9 ER630 ou equivalentes projetados para 17-4 Ph.

• Desempenho: As soldas podem atingir a força quase parente após o tratamento térmico adequado, Embora a resistência às vezes seja um pouco menor em zonas de solda.

8. Aplicações típicas de 17-4 Aço inoxidável pH

17-4 O aço inoxidável de pH é amplamente escolhido em indústrias exigentes porque combina alta resistência, Resistência à corrosão, e excelente estabilidade dimensional após o tratamento térmico. Abaixo estão as áreas de aplicação representativas:

Aeroespacial & Defesa

• Componentes do trem de pouso, eixos do atuador, e peças do motor da turbina -Beneficie-se da relação de alta força / peso e resistência ao estresse por rachadura de corrosão.
• Prendedores e acessórios - Os temperamentos H900 e H1025 fornecem forças de tração > 1,200 MPA, crítico em juntas de porte de carga.

Óleo & Gás / Energia

• Hastes da válvula, eixos da bomba, peças do compressor - 17-4 O pH suporta ambos ambientes offshore ricos em cloreto e operações de alta pressão.
• Ferramentas de fundo de poço e equipamento de perfuração - requer dureza e resistência ao desgaste, Freqüentemente, nos temperamentos H900 - H1025.
• Turbinas de geração de energia - Usado em lâminas, discos, e caixas para resistência à temperatura elevada (até ~ 315 ° C).

Processamento químico & Marinho

• Eixos do agitador, Impellers, misturadores - Alavancar a resistência a soluções ácidas/alcalinas.
• Hardware marinho, eixos de hélice, acoplamentos - ligas duplex costumam competir aqui, mas 17-4 PH oferece excelente equilíbrio de resistência à corrosão e máquinabilidade.
• Equipamento de dessalinização da água do mar -Vida de serviço comprovada em salmoura rica em cloreto.

Médico & Indústria de alimentos

• Instrumentos cirúrgicos, implantes ortopédicos - beneficiar com alta dureza, resistência ao desgaste, e proteção contra corrosão após passivação ou eletropolismo.
• Equipamento de processamento de alimentos - Os usos incluem o corte de lâminas, facas, e ferramentas de formação, onde as superfícies de força e higiênica são críticas.

Industrial & Engenharia Geral

• Moldes e matrizes para injeção de plásticos - Excelente estabilidade dimensional após o tratamento térmico garante uma longa vida útil do serviço.
• Rolamentos, engrenagens, e eixos - H900 Temper suporta alta resistência ao desgaste.
• Molas de alto desempenho e prendedores - Combine a resistência à fadiga com a proteção contra corrosão.

9. Marcas sob diferentes padrões internacionais

10. Análise comparativa: 17-4 PH vs.. Ligas concorrentes

17-4 Aço inoxidável de pH compete com várias famílias de liga, dependendo do requisito de design - principalmente força, resistência, Resistência à corrosão, e custo.

Sua capacidade única de combinar alta resistência mecânica com resistência moderada a alta à corrosão o torna uma escolha versátil.

11. Desafios & Limitações

Apesar de seus pontos fortes, 17-4 O pH tem limitações que devem ser abordadas em design e aplicação:

Desempenho de alta temperatura

• Limitação: A força degrada rapidamente acima de 300 ° C - a 500 ° C, H900 resistência à tração cai para 500 MPA (57% redução).
• Mitigação: Para aplicações de alta temperatura (>300° c), Use Inconel 718 (retém 90% força a 600 ° C.) ou casaco 17-4 PH com uma camada cerâmica resistente ao calor.

Suscetibilidade ao cloreto

• Limitação: Suscetível a pitding e SCC em ambientes ricos em cloreto (>100 ppm cl⁻) sob tensão de tração.
• Mitigação: Use o temperamento H1150 (menor força reduz o estresse); passivado regularmente; Evite fendas no design.

Usinagem temperamentos endurecidos

• Limitação: H900 Temper (HB 300–380) Aumenta os custos de desgaste da ferramenta e usinagem.
• Mitigação: Máquina no Estado Animado da Solução (Hb 200), então envelhecer para dureza final; Use ferramentas CBN para recursos críticos.

Custo

• Limitação: 17-4 PH custa 30 a 50% a mais que 304 Aço inoxidável devido a adições de cobre e nióbio.
• Mitigação: Usar 17-4 PH apenas para componentes de porte de carga; Combine com ligas de baixo custo (Por exemplo, 304) para peças não críticas.

12. Sustentabilidade & Tendências futuras

17-4 O pH está evoluindo para atender às metas de sustentabilidade e necessidades da indústria emergente:

Iniciativas de sustentabilidade

• Reciclabalidade: 17-4 PH é 100% reciclável, sem perda de propriedades - reciclado 17-4 PH requer 40% menos energia para produzir do que o material primário (Associação Mundial de Aço Antelhado).
• Resíduos reduzidos: Fundição de investimentos de 17-4 PH minimiza o desperdício de material (95–98% de rendimento) vs.. usinagem (70–80% de rendimento).
• Vida de serviço longo: Em aplicações aeroespaciais, 17-4 Componentes de pH duram 20+ anos - redução da frequência de reposição e resíduos de aterros sanitários.

Tendências futuras

• Fabricação aditiva (SOU): 3D-impressa 17-4 Ph (via fusão de leito a laser, LPBF) produz geometrias complexas (Por exemplo, estruturas de treliça) com 15% maior resistência à fadiga do que as peças fundidas - usadas em componentes aeroespaciais do motor.
• Precipitação em nanoescala: Processos avançados de envelhecimento (Por exemplo, envelhecimento isotérmico) Crie menor, mais uniformes precipitam (2–5 nm)—Compacionando a força em 10 a 15% sem reduzir a resistência.
• Ligas híbridas: 17-4 PH reforçado com nanotubos de carbono (CNTs) ou partículas de cerâmica-melhorar a força de alta temperatura por 20% (em desenvolvimento para peças de turbina de próxima geração).
• Envelhecimento de baixa temperatura: Novos ciclos de temperamento (400–450 ° C.) reduzir o uso de energia por 30% enquanto mantém 90% de força H900-Sustentável para componentes de EV de alto volume.

13. Conclusão

17-4 Aço inoxidável de pH é flexível, Família de liga de alto desempenho que preenche a lacuna entre aços inoxidáveis ​​convencionais e aços de liga de alta resistência.

Sua capacidade de ser adaptada pelo tratamento térmico o torna uma escolha excepcional quando os designers precisam força, Resistência e fabricação razoáveis ​​de corrosão no mesmo material.

Seleção adequada de temperamento, Fabricação cuidadosa (Prática de soldagem e usinagem), e os tratamentos superficiais apropriados maximizam a vida útil.

Para ambientes ricos em cloreto ou de alta temperatura, Alternativas como aços inoxidáveis ​​duplex ou super -alojas de níquel devem ser considerados.

 

Perguntas frequentes

É 17-4 PH magnético?

Sim, Porque é um aço inoxidável martensítico, é magnético na maioria dos temperamentos.

Pode 17-4 PH ser endurecido por trabalho frio?

Ele é difícil, Mas o mecanismo de fortalecimento pretendido é o endurecimento da precipitação (envelhecimento). Para dimensões finais apertadas, máquina em condição tratada com solução, então idade.

Qual é a diferença entre 17-4 PH e 15-5 Aço inoxidável pH?

Ambos são aços inoxidáveis ​​de pH, mas 17-4 PH tem maior cromo (15–17,5% vs.. 14–15,5% para 15-5 Ph) e baixo níquel (3–5% vs.. 3.5–5,5% para 15-5 Ph).

17-4 PH oferece maior força (H900: 1,150 MPA vs.. 15-5 Ph H900: 1,050 MPA), enquanto 15-5 PH tem uma resistência a corrosão um pouco melhor (Madeira 20 vs.. 19) e formabilidade.

Pode 17-4 PH ser usado em aplicações de água do mar?

Limitado-17-4 pH (Madeira 18–20) é suscetível a picar na água do mar (35,000 ppm cl⁻) Após 500 a 700 horas (ASTM B117).

Para uso de água do mar a longo prazo, Escolha 316L (Madeira 24–26) ou duplex 2205 (Madeira 32–35).

Se 17-4 PH é necessário, Use o temperamento H1150 + eletropolismo + Revestimento de PTFE para prolongar a vida útil do serviço a 2 a 3 anos.

Qual é a temperatura máxima 17-4 O pH pode suportar?

Para serviço contínuo, 17-4 O pH é limitado a 300 ° C (H900 Temper) ou 350 ° C. (H1150 Temper).

Acima de 300 ° C., Quem precipitou grossa, redução da força. Para exposição a curto prazo (1–2 horas), pode tolerar até 450 ° C.

Como a soldagem afeta 17-4 Propriedades do pH?

A soldagem suaviza a zona afetada pelo calor (HAZ) Dissolvendo precipitados de Cu - a força de tração Haz pode cair em 30 a 40%.

Para restaurar a força, Realize o recozimento da solução pós-soldada (1,050° c, 1 hora) + relembrando o temperamento original. Use GTAW com metal de enchimento ER630 para minimizar a rachadura.

É 17-4 PH adequado para implantes médicos?

Sim-H1150-tempered 17-4 O pH é biocompatível (encontra ISO 10993) e usado em implantes ortopédicos (joelhos, quadris) e instrumentos cirúrgicos.

Requer eletropolismo (RA ≤0,8 μm) Para reduzir a adesão e passivação bacterianas para aumentar a resistência à corrosão nos fluidos corporais.