Nederbörd (PH) Rostfritt stål bildar en distinkt klass av högpresterande material som kombinerar korrosionsbeständigheten hos austenitiska rostfritt stål med styrkan hos martensitiska kvaliteter.
Bland dem, 15-5 rostfritt stål (DIN X4CRNICUNB164) har dykt upp som en viktig legering inom flyg-, medicinsk, och industrisektorer på grund av dess överlägsna styrka, seghet, och tillförlitlighet.
Ursprungligen utvecklades som en förbättring jämfört med den väl etablerade 17-4 PH (USA S17400), 15-5 PH rostfritt stål (USA S15500) konstruerades för att erbjuda bättre tvärgående mekaniska egenskaper och större kompositionskonsistens.
Namnet härstammar från dess nominella sammansättning -15% krom och 5% nickel—Med koppar tillagd för stärkning av nederbörd.
1. Vad är 15-5 Rostfritt stål?
15-5 rostfritt stål, också känd av dess enhetliga numreringssystem (Oss) beteckning S15500, är en martensitisk nederbörd (PH) rostfritt stål.
Det är konstruerat för att ge en kombination av hög styrka, Utmärkt seghet, och måttlig korrosionsmotstånd.
Legeringen är särskilt uppskattad för sina konsekventa mekaniska egenskaper i både längsgående och tvärgående riktningar, vilket gör det idealiskt för applikationer med hög tillförlitlighet.
Nyckelegenskaper:
- Martensitisk mikrostruktur: Uppnås genom lösningsvärmebehandling följt av åldrande, vilket resulterar i hög hårdhet och styrka.
- Nederbörd härdning: Förbättrad genom det kontrollerade tillägget av koppar, som bildar fina fällningar under åldrande för att öka styrkan utan att kompromissa med segheten.
- Förbättrad över 17-4 PH: Utvecklas som en modifiering av 17-4 PH (S17400) rostfritt stål,
15-5 erbjuder bättre tvärgående seghet och mer enhetliga mekaniska egenskaper över stora tvärsnitt på grund av minskad deltaferrit och förbättrad kompositionskontroll.
Klassificering:
- Amerikansk beteckning: S15500
- Materialtyp: Martensitisk utfällningshärdande rostfritt stål
2. Kemisk sammansättning av 15-5 Rostfritt stål
Den kemiska sammansättningen av 15-5 rostfritt stål är noggrant balanserad för att uppnå sina överlägsna mekaniska egenskaper, korrosionsmotstånd, och konsistens över stora tvärsnitt.
Det kännetecknas av en kombination av krom, nickel, och koppar, Med snäv kontroll över kol och andra restelement för att minimera föroreningar och förbättra prestanda.
Typisk kemisk sammansättning (Vikt%):
| Element | Innehåll (%) | Fungera |
| Krom (Cr) | 14.0 - 15.5 | Ger korrosionsmotstånd och bidrar till härdbarhet |
| Nickel (I) | 3.5 - 5.5 | Stabiliserar austenitfasen, förbättrar seghet och duktilitet |
| Koppar (Cu) | 2.5 - 4.5 | Bildar utfällningar under åldrande, ökar styrkan betydligt |
| Kol (C) | ≤. 0.07 | Lågt innehåll minskar risken för karbidutfällning, Förbättra seghet |
| Mangan (Mn) | ≤. 1.0 | Förbättrar varmt arbete och förbättrar deoxidation under ståltillverkning |
| Kisel (Och) | ≤. 1.0 | Deoxidizer under bearbetningen, Mindre effekt på mekaniska egenskaper |
| Fosfor (P) | ≤. 0.04 (typisk max) | Kontrolleras för att förhindra brittamling |
| Svavel (S) | ≤. 0.03 (typisk max) | Minimalt närvarande, AIDS -bearbetbarhet i små mängder |
| Niob (Bent) eller Columbium (CB) | ≤. 0.45 | Fungerar som en korn raffiner, förhindrar korntillväxt under värmebehandling |
| Järn (Fe) | Balans | Basmetall |
Notera: Den faktiska sammansättningen kan variera något av producenten inom de tillåtna specifikationsintervallen, särskilt för att uppfylla vissa mekaniska mål eller korrosionsmotståndsmål.
Kopparens roll vid nederbörd förstärkning
En av de definierande funktionerna hos 15-5 rostfritt stål är dess kopparinnehåll, som spelar en kritisk roll i dess nederbördsmekanism.
Vid åldrande värmebehandling (TILL EXEMPEL., H900 eller H1025), fint spridd kopparrika fällningar form inom den martensitiska matrisen.
Dessa partiklar hindrar förflyttningsrörelse, vilket resulterar i en betydande ökning av avkastning och draghållfasthet Utan allvarligt komprometterande duktilitet.
3. Mekaniska egenskaper hos 15-5 Rostfritt stål
15-5 rostfritt stål är mycket uppskattad för sitt utmärkta mekanisk styrka, seghet, och trötthetsmotstånd.
Dessa egenskaper utvecklas främst genom nederbörd härdning (åldershärdning) Följande lösningsbehandling.
Genom att justera åldrande temperatur och tid, Legeringen kan skräddarsys för att uppfylla specifika applikationskrav.
| Egendom | H900 | H1025 | H1075 | H1100 | H1150 | H1150M |
| Dragstyrka (MPA) | ~ 1310 | ~ 1170 | ~ 1100 | ~ 1060 | ~ 1030 | ~ 1030 |
| Avkastningsstyrka 0.2% Offset (MPA) | ~ 1170 | ~ 1070 | ~ 1000 | ~ 950 | ~ 900 | ~ 930 |
| Förlängning (%) | ~ 10 | ~ 14 | ~ 15 | ~ 16 | ~ 17 | ~ 16–18 |
| Hårdhet (Hrc) | 40–45 | 33–38 | 30–34 | 28–32 | 25–30 | 26–31 |
| Frakturthet K_ic (MPA√m)* | ~ 55 | ~ 65 | ~ 70 | ~ 72 | ~ 75 | ~ 75+ |
| Trötthetsgräns (MPA)** | ~ 620 | ~ 540 | ~ 510 | ~ 490 | ~ 470 | ~ 460 |
4. Fysiska egenskaper hos 15-5 Rostfritt stål
15-5 rostfritt stål uppvisar en välbalanserad uppsättning av fysikaliska egenskaper som kompletterar dess höga mekaniska prestanda.
| Egendom | Värde | Anteckningar |
| Densitet | 7.78 g/cm³ | Något högre än austenitiska betyg på grund av martensitisk struktur |
| Smältområde | 1390 - 1440 ° C | Smalt smältområde typiskt för rostfria stål |
| Elasticitetsmodul | ~ 200 GPA | Högstyvhet; stabilt över vanliga temperaturintervall |
| Termisk konduktivitet | ~ 18 w/m · k vid 100 ° C | Lägre än kolstål; Påverkar värmeöverföring i värmecyklingsdelar |
| Specifik värmekapacitet | ~ 460 j/kg · k | Måttlig; relevant för termisk trötthet och energiabsorption |
| Elektrisk resistivitet | ~ 0,90 μΩ · m | Högre än kolstål; användbart vid elektriska isoleringsapplikationer |
| Expansionskoefficient | ~ 10,8 × 10⁻⁶ /° C (20–100 ° C) | Lägre än austenitisk rostfritt (TILL EXEMPEL., 304), viktigt för dimensionell stabilitet |
| Magnetism | Magnet under alla förhållanden | På grund av dess martensitiska struktur, förblir magnetisk även efter åldrande |
5. Värmebehandling och åldrande av 15-5 PH rostfritt stål
15 5 PH rostfritt stål erhåller sina exceptionella mekaniska egenskaper genom ett tvåsteg värmebehandlingsprocess: lösning glödgning följt av nederbörd härdning (åldrande).
Denna kontrollerade sekvens utvecklar en fin spridning av att stärka utfällningar, särskilt kopparrika faser, Inom den martensitiska matrisen.
Lösning glödgning (Villkor a)
Lösning glödgning är det första och väsentliga värmebehandlingssteget för 15-5 rostfritt stål, vanligtvis hänvisas till som Villkor a.
Denna process förbereder legeringen för efterföljande åldrande genom att lösa befintliga fällningar och homogenisera dess mikrostruktur.
Processparametrar
- Temperatur: Cirka 1038° C (1900° F)
- Blötningstid: Typiskt 30 till 60 minuter, Beroende på materialtjocklek
- Kylmetod: Vanligtvis luftkylning eller oljekläckande för tjockare avsnitt
Syfte och effekter
- Upplösning av fällningar: Alla koppar- eller karbidbaserade fällningar som bildas under tidigare bearbetning är helt upplöst, vilket resulterar i en enhetlig solid lösning.
- Austenitiserande: Stålet värms in i austenitfasfältet där mikrostrukturen förvandlas till ansiktscentrerad kubik (Fcc) Austenit.
- Martensitisk omvandling vid kylning: Vid snabb kylning, En diffusionslös omvandling inträffar, konvertera austenit till kroppscentrerad tetragonal (BcT) martensit.
Denna martensitiska matris är grunden för ytterligare nederbördshärdning. - Homogenisering: Eliminerar segregering och mikrostrukturella inkonsekvenser, säkerställa konsekventa mekaniska egenskaper i hela materialet.
- Förbereder sig för åldrande: Ställer in scenen för kontrollerad nederbörd av förstärkningsfaser under efterföljande åldrande behandlingar.
Nederbörd härdning (Åldrande)
Efter lösningsbehandling, Åldrande utförs vid olika temperaturer för att skräddarsy de slutliga mekaniska egenskaperna. De vanligaste åldrande tempersna är:
| Åldrande | Temperatur (° C) | Temperatur (° F) | Varaktighet | Nyckeleffekter |
| H900 | 482 | 900 | 1 timme | Maximal styrka, minskad duktilitet |
| H1025 | 552 | 1025 | 4 timme | Balanserad styrka och duktilitet |
| H1075 | 579 | 1075 | 4 timme | Något minskad styrka, Förbättrad seghet |
| H1100 | 593 | 1100 | 4 timme | Ökad duktilitet, Bättre frakturer seghet |
| H1150 | 621 | 1150 | 4 timme | Överdriven för optimal seghet och stressavlastning |
| H1150M (Dubbelålder) | 621 × 2 | 1150 × 2 | 4 + 4 timme | Högsta seghet, dimensionell stabilitet |
Notera: Allt åldrande görs i luften; Ingen släckning behövs efter åldrande.
6. Korrosionsmotstånd
15 - 5 Rostfritt stål erbjuder bra korrosionsmotstånd i atmosfärisk, marin, och milda kemiska miljöer.
Under normala atmosfäriska förhållanden, det kan motstå korrosion under långa perioder utan betydande nedbrytning.
I marina miljöer, Det kan motstå de frätande effekterna av saltvattenspray och fuktighet bättre än många andra martensitiska rostfritt stål.
Jämfört med martensitiska betyg som 410 och 420, 15 - 5 Rostfritt stål har bättre pitting och sprickkorrosionsbeständighet.
Detta beror på dess kemiska sammansättning, vilket främjar bildandet av en mer stabil och kontinuerlig passiv film på ytan.
Dock, 15 - 5 Rostfritt stål är inte idealiskt för kloridrika eller mycket sura miljöer.
I sådana förhållanden, Austenitic rostfria stål som 316L eller duplex rostfritt stål som 2205 är mer lämpliga, När de erbjuder överlägsen korrosionsmotstånd.
7. Tillverkningsprocesser och tillverkning av 15-5 Rostfritt stål
Gjutning
15-5 Rostfritt stål kan gjutas genom olika metoder, inklusive investeringsgjutning och sandgjutning, var och en som passar olika komponentkrav.
- Investeringsgjutning gynnas ofta för att producera komplexformade komponenter med hög dimensionell noggrannhet och överlägsen ytfinish.
Denna process innebär att skapa ett vaxmönster av den önskade delen, beläggning med ett keramiskt skal, smälter sedan ut vaxet för att bilda ett hålrum.
Smutsa 15-5 PH rostfritt stål hälls i detta hålrum för att bilda exakt, intrikata delar. - Sandgjutning, omvänt, passar bättre för större, Mindre komplexa komponenter.
Det är i allmänhet mer kostnadseffektivt för att producera betydande delar där snäva toleranser och fina ytbehandlingar är mindre kritiska.
Varmt och kallt arbete
I sin lyrat tillstånd, 15 5 Rostfritt stål uppvisar bra formbarhet, vilket möjliggör ett brett utbud av varma och kalla arbetsprocesser:
- Hett arbete: Tekniker som smide och rullning utförs vid förhöjda temperaturer (vanligtvis över 900 ° C).
Detta möjliggör formning av stålet till olika former - barer, tallrikar, och rör - samtidigt som du förädlar kornstrukturen och förbättrar mekaniska egenskaper. - Kallt arbete: Processer som kall rullning, ritning, och stämpling möjliggör exakt dimensionell kontroll och förbättrade ytbehandlingar.
Dock, Kallt arbete inducerar arbete härdande, som kan kräva efterföljande glödgning eller stressavlastningsbehandlingar för att återställa duktilitet och minska interna spänningar.
Bearbetning
Bearbetning av 15 5 rostfritt stål är i allmänhet bra i glödgad (lösningsbehandlad) skick, men minskar avsevärt när materialet härdas genom åldrande av nederbörd.
- Till maskin 15-5 effektiv, användning av karbid-tippade skärverktyg rekommenderas på grund av deras hårdhet och värmemotstånd.
- Sysselsättning höghastighetsbearbetning Tekniker hjälper till att minimera skärkrafter och värmeuppbyggnad.
- Adekvat användning av kylmedel och smörjmedel är viktigt för att minska verktygsslitage och uppnå överlägsna ytbehandlingar på bearbetade delar.
Svetsning
Svetsning 15 5 rostfritt stål kräver noggrann kontroll för att förhindra problem som sprickbildning och försämring av mekaniska egenskaper.
- Förvärmning basmetallen till runt 150–200 ° C före svetsning bidrar till att minimera termiska spänningar och minska risken för sprickbildning.
- Beroende på svetsmetod och tillämpning, en värmebehandling efter svets kan vara nödvändigt för att återställa mekanisk styrka och lindra kvarvarande spänningar.
- Urval av fyllmedelsmetaller som nära matchar den kemiska sammansättningen av rostfritt stål är avgörande för att säkerställa svetsintegritet och bibehålla de önskade mekaniska egenskaperna i fogen.
8. Fördelar och begränsningar av 15-5 Rostfritt stål
Fördelar
- Höghållfasthetsförhållande:
15-5 PH rostfritt stål erbjuder utmärkt drag- och sträckgräns samtidigt som den bibehåller relativt låg densitet, vilket gör den idealisk för viktkänsliga applikationer som flyg och högpresterande teknik. - Utmärkt seghet och mekanisk stabilitet:
Legeringen uppvisar enastående seghet, inklusive över tjocka tvärsnitt och tvärgående riktningar, Minska risken för sprött misslyckande i kritiska komponenter. - Bra korrosionsmotstånd:
Det motstår atmosfäriskt, marin, och milda kemiska miljöer bättre än konventionella martensitiska rostfria stål (TILL EXEMPEL., 410/420), Förbättra hållbarhet i många industriella och marina miljöer. - Värmebehandling för skräddarsydd prestanda:
Dess utfällningshärdande svar gör det möjligt för ingenjörer att anpassa mekaniska egenskaper (styrka, seghet, hårdhet) genom kontrollerade åldringscykler. - Bra bearbetbarhet i härdade förhållanden:
Jämfört med många andra rostfria stål, 15-5 upprätthåller relativt god bearbetbarhet efter åldrande, Underlätta effektiv tillverkning av precisionsdelar.
Begränsningar
- Känslighet för klorid och sura miljöer:
Trots förbättrad korrosionsmotstånd över vissa martensitiska betyg,
15-5 rekommenderas inte för långvarig exponering för mycket kloridrika eller starkt sura miljöer; Alternativ som 316L eller duplex rostfritt stål föredras. - Krav på exakt värmebehandling:
Att uppnå optimala mekaniska och korrosionsegenskaper beror på strikt kontroll av lösning och åldrande parametrar, lägga till komplexitet till tillverkning och kvalitetssäkring. - Högre kostnad jämfört med austenitiska rostfria stål:
På grund av legeringselement och specialiserad bearbetning, 15-5 Vanligtvis kostar mer än vanliga betyg som 304 eller 316, Potentiellt begränsar dess användning till prestationskritiska applikationer. - Begränsad kallbildande flexibilitet:
Legeringen är mindre duktil och mer benägen att arbeta härdar än austenitiska rostfria stål, begränsa dess formbarhet och kräva mellanliggande glödgning under förkylning.
9. Ansökningar
15-5 rostfritt stål unika kombination av hög styrka, seghet, korrosionsmotstånd, och värmebehandling gör det till ett föredraget material över ett brett spektrum av krävande industrier.
Flyg-
- Strukturella komponenter: Används i flygramsdelar, parentes, och stöder var styrkan-till-vikt-förhållandet är kritiskt.
- Axlar och fästelement: Perfekt för landningsutrustning, ställdon, och högstyrka fästelement på grund av deras seghet och dimensionella stabilitet.
- Turbin- och motordelar: Lämplig för komponenter som kräver god utmattningsmotstånd och termisk stabilitet.
Medicinsk
- Ortopediska instrument: Kirurgiska verktyg och implantat drar nytta av 15-5: s biokompatibilitet, korrosionsmotstånd, och mekanisk tillförlitlighet.
- Kirurgiska verktyg: Skalpellhandtag, klämmor, och andra precisionsinstrument använder 15-5 rostfritt stål för hållbarhet och enkel sterilisering.
Industriell
- Växeldelar och ventilstammar: Höghållfast växlar, axlar, och ventilkomponenter i kemiska och petrokemiska växter.
- Pumpaxlar och beslag: Resistent mot slitage och korrosion i måttligt aggressiva miljöer.
- Högstyrka beslag: Används där viktbesparingar och mekaniska prestanda är viktiga.
Tillsatsstillverkning
- Metallpulver för 3D -utskrift: 15-5 PH rostfritt stålpulver används alltmer i Selektiv lasersmältning (Slm) och Direkt metalllaser sintring (Dmls) processer för att producera komplex, Högpresterande komponenter med utmärkta mekaniska egenskaper.
10. Jämförelse med liknande rostfria stål
15 5 PH rostfritt stål är en del av familjen av martensitisk nederbörd (PH) rostfria stål, och det delar många egenskaper med legeringar som 17-4 PH, 13-8 Mo, och 17-7 PH.
Att förstå dess skillnader och fördelar jämfört med dessa stål hjälper till att välja det mest lämpliga materialet för specifika applikationer.
| Egendom / Legering | 15-5 Rostfritt stål | 17-4 PH Rostfritt stål | 13-8 Mo rostfritt stål | 17-7 PH rostfritt stål |
| Amerikansk beteckning | S15500 | S17400 | S13800 | S17700 |
| Kompositionens höjdpunkter | ~ 15% cr, 5% I, Cu, Bent | ~ 17% cr, 4% I, Cu, Bent | ~ 13% cr, 8% I, Mo, Cu | ~ 17% cr, 7% I, Cu, Bent |
| Värmebehandling | Lösning glödgning + åldrande (H900 - H1150M) | Lösning glödgning + åldrande (H900 - H1150M) | Lösning glödgning + åldrande | Lösning glödgning + åldrande |
| Mekanisk styrka | Hög, upp till ~ 1310 MPA -drag (H900) | Mycket hög, upp till ~ 1380 MPa drag (H900) | Högre styrka, bra seghet | Måttlig styrka, Utmärkt duktilitet |
| Seghet | Överlägsen seghet och tvärgående egenskaper | Bra seghet men lägre än 15-5 | Höghet, förbättrad över 17-4 PH | Utmärkt seghet och formbarhet |
| Korrosionsmotstånd | Bättre än 17-4 PH, Bra marinmotstånd | Bra allmän korrosionsmotstånd | Bra korrosionsmotstånd | Måttlig korrosionsmotstånd |
| Bearbetbarhet | Bra, särskilt i glödgade och överdrivna tillstånd | Bra, används allmänt vid bearbetning | Måttlig bearbetbarhet | Bra bearbetbarhet |
| Ansökningar | Flyg-, medicinsk utrustning | Flyg-, industriell, allmänt pH | Högstyrka flyg- och kemiska delar | Flyg-, precisionsdelar |
| Kosta | Måttlig till hög | Måttlig | Högre på grund av MO -innehåll | Måttlig |
Ansökningsområde:
Medan 17-4 PH rostfritt stål är ofta go-to för allmänna applikationer på grund av dess kostnadseffektivitet och bred tillgänglighet, 15-5 PH rostfritt stål föredras där högre seghet och dimensionell stabilitet krävs.
13-8 Mo rostfritt stål erbjuder högre styrka men till ökad kostnad, däremot 17-7 PH rostfritt stål värderas för utmärkt duktilitet och våregenskaper.
11. Former och specifikationer av 15-5 Rostfritt stål
Tillgängliga formulär
- Bar, stång, remsa, tallrik
- Förlåtelse och extrusioner
- Pulver för am (tillsatsstillverkning)
Standarder och specifikationer
- ASTM A564/A564M - barer och former
- AMS 5659 - Aerospace -komponenter
- ASTM F899 - Kirurgiska tillämpningar
- Iso 16061, I 10088-3 - Internationella ekvivalenter
12. Slutsats
15-5 rostfritt stål sticker ut som en premiumteknisk legering som blandas högstyrka, korrosionsmotstånd, och dimensionell stabilitet med utmärkt bearbetbarhet.
Dess utbredda användning i flyg- och rymd, medicinsk, och industrisektorer understryker sitt värde där Prestanda kan inte komprometteras.
Med det ökande antagandet av tillsatsstillverkning, 15-5 PH öppnar också nya gränser inom designflexibilitet och lättvikt utan att offra styrka.
Medan det kräver exakt bearbetning och värmebehandling, Dess fördelar i kritiska tillämpningar fortsätter att göra det till ett material som valts för krävande ingenjörsmiljöer.
Langel: Precision rostfritt stål gjutning & Tillverkningstjänster
Langel är en pålitlig leverantör av Rostfritt stålgjutning av rostfritt stål och precisionsmetalltillverkningstjänster, tjänar industrier där prestanda, varaktighet, och korrosionsmotstånd är kritiska.
Med avancerade produktionsfunktioner och ett engagemang för teknisk excellens, Langel levererar pålitlig, Anpassade lösningar för rostfritt stål för att uppfylla de mest krävande applikationskraven.
Våra kapaciteter för rostfritt stål inkluderar:
- Investeringsgjutning & Lost Wax Casting
Gjutning av hög precision för komplexa geometrier, säkerställa snäva toleranser och överlägsna ytbehandlingar. - Sandgjutning & Skalformning
Perfekt för större komponenter och kostnadseffektiv produktion, speciellt för industriella och strukturella delar. - CNC -bearbetning & Efterbehandling
Kompletta bearbetningstjänster inklusive vridning, fräsning, borrning, putsning, och ytbehandlingar.
Oavsett om du behöver komponenter med hög precision, komplexa rostfria församlingar, eller anpassade delar, Langel är din pålitliga partner inom tillverkning av rostfritt stål.
Kontakta oss i dag att lära sig hur Langel kan leverera lösningar i rostfritt stål med prestandan, pålitlighet, och precision din bransch kräver.
Vanliga frågor
Är 15-5 stålmagnet?
Ja, 15-5 pH rostfritt stål är magnetisk under alla förhållanden på grund av dess martensitiska kristallstruktur.
Burk 15-5 rostfritt stål svetsas?
Ja, Men svetsning kräver förvärmning (vanligtvis 150–200 ° C), Rätt fyllmedelmetaller, och ofta efter svets värmebehandling för att undvika sprickor och upprätthålla mekaniska egenskaper.
Är 15-5 rostfritt stål lämpligt för tillsatsstillverkning?
Ja, 15-5 Rostfritt stålpulver används i stor utsträckning i selektiv lasersmältning (Slm) och direkt metalllaser sintring (Dmls) att producera komplex, högpresterande komponenter.
