17-4 PH rostfritt stål | Nederbördslegering

1. Introduktion

17-4 PH rostfritt stål (ofta specificeras som UNS S17400, Aisi 630, eller en 1.4542) är en av de mest använda utfällningshärdande rostfritt stålen i industrin.

Den levererar en attraktiv kombination av högstyrka, bra seghet, Praktisk korrosionsmotstånd och utmärkt tillverkbarhet.

Eftersom dess mekaniska tillstånd styrs av värmebehandling snarare än sammansättning ensam,

17-4 PH kan skräddarsys över en rad styrka/seghetsavvägningar som passar fästelement, axlar, ventilkomponenter, flyg- och rymdbeslag och många andra konstruerade delar.

2. Vad är 17-4 PH rostfritt stål?

17-4 PH är en martensitisk, nederbörd rostfritt stål.

Det stärks främst av bildandet av fina kopparrika fällningar som produceras under ett kontrollerat åldrande (nederbörd härdning) Steg efter lösningsbehandling.

I den glödgade (lösning) ange, den är relativt mjuk och lättbearbetad; Efter åldrande kan det nå draghållfastheter som liknar höghållfast legeringsstål samtidigt som det bibehåller mycket av korrosionsmotståndet för rostfria grader.

Drag

• Högstyrka: Toppens draghållfasthet i H900 -intervallet närmar sig ~ 1,3–1,4 GPA (190–200 ksi).
• Värmebehandlingsbar: fastigheter skräddarsydda av åldrande (H900 → H1150 TEMPERS) för att balansera styrkan, seghet och SCC -motstånd.
• Bra korrosionsmotstånd: Bättre än typiska martensitiska stål; Lämplig för många industriella och milt frätande miljöer.
• Bra tillverkbarhet: bearbetbar i lösningsbehandlat tillstånd; Svetsbar med lämpliga procedurer.
• Magnetisk: Martensitisk mikrostruktur är magnetisk under de flesta förhållanden.
• Breda leveransformulär: barer, förlåtelse, tallrik, tråd, pulver (för tillsatsmedel och MIM), förlåtelse.

3. Kemisk sammansättning av 17-4 PH rostfritt stål

Egenskaperna hos 17-4 PH rostfritt stål är direkt bundna till dess noggrant balanserade kemiska sammansättning.

Det klassificeras som en Martensitisk utfällningshärdande rostfritt stål, Och varje allo -element spelar en distinkt roll för att leverera styrka, seghet, och korrosionsmotstånd.

Standardkomposition (Vikt %)

4. Värmebehandlingsteknik av 17-4 PH rostfritt stål

Den exceptionella styrkan - precis och korrosionsbalansen 17-4 PH rostfritt stål kommer från dess unika värmebehandlingssekvens, som kombinerar lösning glödgning och nederbörd härdning (åldrande).

Kärnvärmebehandlingsprocess

Steg 1: Lösning glödgning

• Mål: Homogenisera mikrostrukturen genom att lösa upp alla koppar och niob i austenitmatrisen; eliminera segregering från gjutning/smide.
• Parametrar: Värme till 1 040–1 060 ° C (1,900–1 940 ° F), Håll i 30–60 minuter (Beroende på sektionens tjocklek: 30 minuter i <25 mm, 60 minuter i >50 mm), sedan Luftkyl eller vattenkylning till rumstemperatur.
• Resultat: Austenit förvandlas till mjuk martensit (hårdhet: ~ 200 hb); Koppar kvarstår i övermättad fast lösning - förbereder legeringen för åldrande.

Steg 2: Nederbörd härdning (Åldrande)

• Mål: Triggerstyrd diffusion av kopparatomer för att bilda styrkainducerande ε-Cu fällningar. Åldrande temperatur bestämmer fällningsstorlek och, således, prestanda:

• • Låga temperaturer (480° C): Fina fällningar (5 nm) → Max styrka, låg seghet.
  • Högtemperatur (620° C): Grovt fäller ut (20 nm) → Lägre styrka, höghet.

Standardåldringstemperatur (ASTM A564):

• H900: 482 ° C för 1 H → Max styrka (~ 1310–1380 MPA), Hårdhet 40–45 HRC, Men lägre seghet.
• H1025: 552 ° C för 4 H → Balanserad styrka (~ 1170 MPA) och seghet; används allmänt i flyg-.
• H1075: 579 ° C för 4 H → måttlig styrka (~ 1070 MPA), förbättrad duktilitet.
• H1100: 593 ° C för 4 H → lägre styrka (~ 1000 MPa), Högre seghet, Bra stresskorrosionsmotstånd.
• H1150 (2-steg): 620 ° C för 4 h + sval + 620 ° C för 4 H → Lägsta styrka (~ 900 MPa), högsta duktilitet och seghet, används i marin & nukleär.

5. Typiska mekaniska egenskaper efter humör

De mekanisk prestanda av 17-4 PH rostfritt stål är mycket beroende av dess åldrande (humör).

Genom att välja olika värmebehandlingstemperaturer, ingenjörer kan balansera styrka, seghet, duktilitet, och korrosionsmotstånd för att passa specifika applikationer.

6. Korrosionsmotstånd: Kapacitet och begränsningar

17-4 PH erbjuder måttlig korrosionsbeständighet - överlägsen martensitiska stål men underlägsen austenitiska eller duplexgrader. Dess prestanda beror på miljön, värmebehandling, och ytfinish.

Korrosionsmekanismer & Prestationsdata

• Gropmotstånd: Trä = 18–20 (beräknat som %cr + 3.3×%mo + 16×%n)—Låsare än 316L (Trä 24–26) men högre än 410 (Trä 16–18).
  I 5% NaCl -saltspraytestning (ASTM B117), 17-4 PH (passiverad) motstår Red Rust i 500–700 timmar vs. 1,000+ timmar för 316L.
• Allmän korrosion: Presterar bra i sötvatten, luft, och milda kemikalier (pH 4–10). I 10% svavelsyra (H₂so₄), Korrosionshastighet är 0.1 mm/år (mot. 0.05 mm/år för 316L).
• Intergranulär korrosion (IGC): Lågkolinnehåll (<0.07%) och niobstabilisering förhindrar kromkarbidutfällning - passar ASTM A262 Practice E (IGC -test) utan sprickbildning.
• Stresskorrosionsprickor (SCC): Motstår SCC i sötvatten och de flesta kemikalier men är mottagliga i kloridrika miljöer (>100 ppm cl⁻) under dragspänning. H1150 Temper (lägre styrka) är mer SCC-resistent än H900.

Strategier för korrosion av korrosion

• Passivering: Fördjupa i 20–30% salpetersyra (40–60 ° C, 30 minuter) För att tjockna cr₂o₃ -skiktet - förbättrar saltspray motstånd av 30%.
• Elektrisk: Skapar en slät yta (RA ≤0,8 μm) Det minskar sprickkorrosion - kritisk för medicinska och livsmedelsapplikationer.
• Beläggningar: För hårda miljöer (havsvatten), Applicera PTFE eller keramiska beläggningar för att förlänga livslängden med 2–3x.

7. Tillverkningsmetoder: Gjutning, Smidning, Bearbetning, Svetsning

Gjutning

• Investeringsgjutning: Används allmänt för flyg-, pump, och ventilkomponenter som kräver geometri i nästan nät och fin ytbehandling (RA 1,6-3,2 μm).
• Sandgjutning: Ansöker om stora delar, men kräver efterföljande bearbetning på grund av lägre dimensionell noggrannhet (CT8 - CT10 per ISO 8062).
• Viktiga överväganden:

• • Krympningsbidrag ~ 2,0% för 17-4 PH.
  • Porositet och segregeringsrisker måste mildras med kontrollerad stelning och varmisostatisk pressning (HÖFT).
  • Efter gjuten lösning glödgning är avgörande innan nederbördshärdning.

Smidning

• Smidning: Producerar starkare kornflöde och högre trötthetsmotstånd. Idealisk för axlar, landningsutrustning, och strukturella delar.
• Öppen smidning: Används för stora billetter, skivor, eller ringar där riktningsstyrkan är kritisk.
• Fördelar:

• • Draghållfasthet upp till 1380 MPA i H900 Temper kan uppnås med raffinerad kornstruktur.
  • Minskad risk för intern krympning jämfört med gjutning.

• Utmaningar: Högre verktygskostnader och begränsad designfrihet jämfört med gjutning.

Bearbetning

• Bearbetbarhet: Jämförbar med 304 rostfritt stål i lösningsbehandlat skick, men blir betydligt svårare efter nederbördshärdning (TILL EXEMPEL., H900 Temperaturhårdhet ~ 44 HRC).
• Rekommendationer:

• • Använd karbidverktyg med styva inställningar.
  • Anställ översvämningsvätska för att minska arbetsverkande.
  • Finish bearbetning ofta gjort i lösningsstat, följt av slutlig värmebehandling.

• Ansökningar: Precision Aerospace Fiting, medicinska instrument, turbinkomponenter.

Svetsning

• Processer: Gtaw (Tigga), Gäver (MIG), och smaw är genomförbara.
• Svetbarhet: Bra, men kräver värmebehandling efter svets (lösning glödgning + åldrande) För att återställa enhetlig nederbördshärdning.
• Nyckelpraxis:

• • Nederbörd (åldrig) material bör inte svetsas direkt - det riskerar sprickor och minskade mekaniska egenskaper.
  • Fyllmedelsmetaller: AWS A5.9 ER630 eller ekvivalenter designade för 17-4 PH.

• Prestanda: Svetsar kan uppnå nästan föräldrarnas styrka efter korrekt värmebehandling, Även om seghet ibland är något lägre i svetsa zoner.

8. Typiska tillämpningar av 17-4 PH rostfritt stål

17-4 PH rostfritt stål väljs allmänt över krävande industrier eftersom det kombineras högstyrka, korrosionsmotstånd, och utmärkt dimensionell stabilitet efter värmebehandling. Nedan är representativa ansökningsområden:

Flyg- & Försvar

• Landningsutrustningskomponenter, ställdonaxlar, och turbinmotordelar -dra nytta av högt styrka-till-viktförhållande och motstånd mot stresskorrosionsprickor.
• Fästelement och beslag - H900 och H1025 Tempers ger draghållfasthet > 1,200 MPA, kritiskt i bärande leder.

Olja & Gas / Energi

• Ventilstammar, pumpaxlar, kompressordelar - 17-4 PH tål både kloridrika offshore-miljöer och högtrycksoperationer.
• Hålsverktyg och borrutrustning - Kräver hårdhet och slitmotstånd, ofta i H900 - H1025 Tempers.
• Kraftproduktionsturbiner - Används i blad, skivor, och hus för förhöjd temperaturmotstånd (upp till ~ 315 ° C).

Kemisk bearbetning & Marin

• Agitatorsaxlar, impeller, blandare - Utnyttja motstånd mot sura/alkaliska lösningar.
• Marina hårdvara, propelleraxlar, kopplingar - Duplexlegeringar tävlar ofta här, men 17-4 PH erbjuder utmärkt balans mellan korrosionsmotstånd och bearbetbarhet.
• Havsvatten avsaltningsutrustning -beprövad livslängd i kloridrika saltlösningar.

Medicinsk & Livsmedelsindustri

• Kirurgiska instrument, ortopediska implantat - dra nytta av hög hårdhet, slitbidrag, och korrosionsskydd efter passivering eller elektropolishing.
• Matbearbetningsutrustning - Användningar inkluderar skärblad, knivar, och bildande verktyg, Där både styrka och hygieniska ytor är kritiska.

Industriell & Allmänteknik

• Formar och matlagning för plastinjektion - Utmärkt dimensionell stabilitet efter värmebehandling säkerställer lång livslängd.
• Skål, växlar, och spindlar - H900 Temper stöder hög slitmotstånd.
• Högpresterande fjädrar och fästelement - Kombinera trötthetsmotstånd med korrosionsskydd.

9. Varumärken enligt olika internationella standarder

10. Jämförande analys: 17-4 Ph vs. Konkurrerande legeringar

17-4 PH rostfritt stål tävlar med flera legeringsfamiljer beroende på designkravet - särskilt styrka, seghet, korrosionsmotstånd, och kostnad.

Dess unika förmåga att kombinera hög mekanisk styrka med måttlig till hög korrosionsmotstånd gör det till ett mångsidigt val.

11. Utmaningar & Begränsningar

Trots dess styrkor, 17-4 PH har begränsningar som måste tas upp i design och tillämpning:

Högtemperaturprestanda

• Begränsning: Styrka bryts ned snabbt över 300 ° C - vid 500 ° C, H900 draghållfasthet sjunker till 500 MPA (57% minskning).
• Minskning: För högtemperaturapplikationer (>300° C), Använd Inconel 718 (behåller 90% styrka vid 600 ° C) eller kappa 17-4 PH med ett värmebeständigt keramiskt lager.

Klorid mottaglighet

• Begränsning: Mottaglig för grop och SCC i kloridrika miljöer (>100 ppm cl⁻) under dragspänning.
• Minskning: Använd H1150 Temper (Lägre styrka minskar stressen); passivera regelbundet; Undvik sprickor i design.

Bearbetar härdade tempers

• Begränsning: H900 Temper (HB 300–380) ökar verktygsslitage och bearbetningskostnader.
• Minskning: Maskin i det lösningsförlorade tillståndet (Hb 200), sedan åldras till slutlig hårdhet; Använd CBN -verktyg för kritiska funktioner.

Kosta

• Begränsning: 17-4 PH kostar 30–50% mer än 304 Rostfritt stål på grund av koppar- och niobtillägg.
• Minskning: Använda 17-4 PH endast för bärande komponenter; Kombinera med lägre kostnader (TILL EXEMPEL., 304) för icke-kritiska delar.

12. Hållbarhet & Framtida trender

17-4 PH utvecklas för att möta hållbarhetsmål och tillväxtindustrin behov:

Hållbarhetsinitiativ

• Återanvändning: 17-4 PH är 100% återvinningsbar, utan förlust av egenskaper - återvinnad 17-4 PH kräver 40% Mindre energi att producera än primärt material (World Rostly Steel Association).
• Minskat avfall: Investeringsbasering av 17-4 PH minimerar materialavfall (95–98% avkastning) mot. bearbetning (70–80% avkastning).
• Långt livslängd: I flyg- och rymdapplikationer, 17-4 PH -komponenter senast 20+ år - reducera ersättningsfrekvens och deponiavfall.

Framtida trender

• Tillsatsstillverkning (Jag är): 3D-tryckt 17-4 PH (via laserpulverbäddfusion, Lpbf) producerar komplexa geometrier (TILL EXEMPEL., gitterstrukturer) med 15% Högre trötthetsresistens än gjutna delar - används i flyg- och rymdmotorkomponenter.
• Nanoskala nederbörd: Avancerade åldringsprocesser (TILL EXEMPEL., isotermisk åldrande) skapa mindre, Mer enhetliga CU fälls ut (2–5 nm)—Tökande styrka med 10–15% utan att minska segheten.
• Hybridlegeringar: 17-4 PH förstärkt med kolananorör (CNTS) eller keramiska partiklar-förbättrar hög temperaturstyrka av 20% (Under utveckling för nästa generations turbindelar).
• Åldrande av låg temperatur: Nya temperaturcykler (400–450 ° C) minska energianvändningen genom 30% Under underhåll 90% av H900-styrka-hållbar för EV-komponenter med hög volym.

13. Slutsats

17-4 PH rostfritt stål är en flexibel, Högpresterande legeringsfamilj som överbryggar klyftan mellan konventionella rostfria stål och högstyrka legeringsstål.

Dess förmåga att skräddarsys av värmebehandling gör det till ett exceptionellt val när designers behöver styrka, rimlig korrosionsmotstånd och tillverkbarhet i samma material.

Korrekt urval av humör, noggrann tillverkning (Svetsning och bearbetning), och lämpliga ytbehandlingar maximerar livslängden.

För kloridrika eller mycket högtemperaturmiljöer, Alternativ som duplex rostfritt stål eller nickel -superlegeringar bör övervägas.

 

Vanliga frågor

Är 17-4 PH -magnet?

Ja, Eftersom det är ett martensitiskt rostfritt stål, det är magnetiskt i de flesta tempers.

Burk 17-4 PH skulle härdas av kallt arbete?

Det fungerar-hardens, Men den avsedda förstärkningsmekanismen är nederbördshärdning (åldrande). För snäva slutliga dimensioner, maskin i lösningsbehandlat skick, sedan ålder.

Vad är skillnaden mellan 17-4 PH och 15-5 PH rostfritt stål?

Båda är pH rostfria stål, men 17-4 PH har högre krom (15–17,5% vs. 14–15,5% för 15-5 PH) och lägre nickel (3–5% vs. 3.5–5,5% för 15-5 PH).

17-4 PH erbjuder högre styrka (H900: 1,150 MPA vs. 15-5 Ph H900: 1,050 MPA), medan 15-5 PH har något bättre korrosionsmotstånd (Trä 20 mot. 19) och formbarhet.

Burk 17-4 PH används i havsvattenapplikationer?

Begränsad-17-4 pH (Trä 18–20) är mottaglig för grop i havsvatten (35,000 ppm cl⁻) Efter 500–700 timmar (ASTM B117).

För långvarig havsvattenanvändning, Välj 316L (Trä 24–26) eller duplex 2205 (Trä 32–35).

Om 17-4 PH krävs, Använd H1150 Temper + elektrisk + PTFE -beläggning för att förlänga livslängden till 2-3 år.

Vad är den maximala temperaturen 17-4 Ph kan tåla?

För kontinuerlig service, 17-4 PH är begränsat till 300 ° C (H900 Temper) eller 350 ° C (H1150 Temper).

Över 300 ° C, Som har fällt ut coarsen, reducerande styrka. För kortvarig exponering (1–2 timmar), det kan tolerera upp till 450 ° C.

Hur påverkar svetsningen 17-4 PH: s egenskaper?

Svetsning mjuknar den värmepåverkade zonen (Had) Genom att lösa Cu -fällningar - HAZ -draghållfasthet kan sjunka med 30–40%.

För att återställa styrkan, Utför eftervetsningslösning glödgning (1,050° C, 1 timme) + Återgår till det ursprungliga humöret. Använd GTAW med ER630 påfyllningsmetall för att minimera sprickor.

Är 17-4 PH lämpligt för medicinska implantat?

Ja-H1150-tempererad 17-4 PH är biokompatibel (möter ISO 10993) och används i ortopediska implantat (knäna, höfthips) och kirurgiska instrument.

Det kräver elektropolering (RA ≤0,8 μm) För att minska bakteriell vidhäftning och passivering för att förbättra korrosionsbeständigheten i kroppsvätskor.