vědomosti

Mechanismus zpevňování tepelným zpracováním nerezové oceli 17-4PH

Během rozpouštěcí úpravy martenzitické nerezové oceli 17-4PH se prvky, jako je měď a niob, rozpouštějí v austenitových zrnech. Po ochlazení se získá přesycený martenzit mědi a niobu, čímž se dosáhne prvního zpevnění. Během procesu stárnutí se přesycené prvky mědi a niobu v zrnech vysrážejí, což zajišťuje druhé zpevnění matrice. Toto je hlavní metoda zpevňování oceli 17-4PH.

Různé procesy tepelného zpracování mohou vést k různým mikrostrukturám a vlastnostem, ale mechanismus zpevňování je stejný a souvisí s vysrážením fází. Distribuce ε-Cu, NbC, M23C6 a dalších vysrážených fází se liší, stejně jako vlastnosti materiálu. Mez kluzu slitin zpevněných precipitací je určena interakcí precipitovaných fází s dislokacemi. Pokud jsou částice vysrážené fáze extrémně jemné a rozptýlené a hustě rozložené, dislokační linie budou blokovány a nebudou moci těmito částicemi procházet, čímž se zvýší mez kluzu slitiny a nakonec to povede ke křehnutí slitiny. Pokud jsou částice vysrážené fáze relativně velké a řídce rozložené, dislokace je mohou obejít podle Orowanova mechanismu a dislokační linie již nebudou blokovány, což vede ke snížení meze kluzu slitiny. Proto, když je ve stárnoucí oceli 17-4PH velké množství austenitu z reverzní transformace, v důsledku větších částic ε-Cu v austenitu z reverzní transformace ve srovnání s částicemi v martenzitu a jejich řídčího rozložení, představují tyto částice malou nebo žádnou překážku pro dislokace, čímž se snižuje mez kluzu slitiny. Obecně řečeno, po kalení má ocel 17-4PH malé množství zbytkového austenitu. Tyto zadržené částice austenitu jsou velmi malé a během popouštění se stávají jádrem austenitu s reverzní transformací. Čím více austenitu je tedy ve slitině zadrženo, tím více austenitu reverzní transformace se během stárnutí vytvoří. Pokud je tedy obsah prvků podporujících tvorbu martenzitu (jako je C) ve slitině nízký a obsah prvků stabilizujících austenit (jako je N) příliš vysoký, bude po kalení zbývat více zadrženého austenitu a po popouštění více austenitu podléhajícího reverzní transformaci, čímž se sníží mez kluzu slitiny. Současně s rostoucí teplotou stárnutí se začíná tvořit a růst austenit reverzní transformace, což má za následek zvýšení množství zbytkového austenitu při pokojové teplotě a snížení pevnosti. Proto by u materiálů s požadavky na pevnost měl být proces tepelného zpracování rozumně formulován a množství austenitu s reverzní transformací v mikrostruktuře by mělo být přísně kontrolováno. ε-Cu je hlavní zpevňovací fází v oceli 17-4PH. V posledních letech se stále více věnuje výzkumu jeho morfologie. V minulosti se obecně věřilo, že „ε-Cu je ve všech případech sférický“. Výzkum však zjistil, že fáze ε-Cu vysrážená z martenzitické matrice je hladká a má tvar krátké tyčinky, zatímco fáze ε-Cu vysrážená z austenitu (austenit s reverzní transformací) je sférická. Je to proto, že jak austenit, tak fáze ε-Cu mají plošně centrovanou kubickou mřížku a energie rozhraní mezi nimi je velmi malá, takže vysrážená fáze ε-Cu je sférická. Martenzit má objemově centrovanou kubickou mřížku a mřížkový rozdíl s plošně centrovanou kubickou fází ε-Cu je velký, takže energie rozhraní mezi nimi je vysoká a vysrážená fáze ε-Cu má tyčinkovitý tvar. Zhang Hongbin a kol. také studoval morfologii fáze ε-Cu v oceli 17-4PH. Zjistili, že fáze ε-Cu vysrážená z martenzitické matrice je téměř sférická, jemně dispergovaná a náhodně rozložená a silně interaguje s dislokacemi. S rostoucí teplotou stárnutí se zvětšuje velikost částic a interakce s dislokacemi slábne. Fáze ε-Cu vysrážená z austenitu z reverzní transformace je však relativně velká, hladká a krátká tyčinkovitá, orientovaná kolmo k sobě, a ε-Cu se stejnou orientací má tendenci se lineárně uspořádávat v určitých intervalech. Pokud je velikost jeho částic malá, má slabou interakci s dislokacemi. S rostoucí teplotou stárnutí se zvětšuje velikost jeho částic a nedochází k žádné interakci s dislokacemi. Zhang Hongbin a kol. studoval mechanismus zpevňování z hlediska morfologie ε-Cu a nakonec dospěl k závěru, že nadměrné množství austenitu z reverzní transformace neboli zbytkového austenitu v oceli 17-4PH je základním důvodem poklesu meze kluzu této oceli.

 

Závěr

Nerezová ocel zpevněná precipitací má výhody vysoké pevnosti a dobré odolnosti proti korozi. Její odolnost proti korozi nesouvisí pouze s chemickým složením, ale také s tepelným zpracováním, které je klíčem k úpravě jejích vlastností. Teplota roztoku se obvykle volí na 1040 °C. Jak příliš vysoké, tak příliš nízké teploty ovlivňují její vlastnosti. Stárnutí může zlepšit její komplexní mechanické vlastnosti. Na základě tradičního procesu může přidání úpravy zjemnit strukturu martenzitické matrice a zlepšit odolnost materiálu proti korozi.

Domácí i zahraniční výzkumníci provedli studie mechanismu zpevňování nerezové oceli 17-4PH a dosáhli určitých výsledků. Obecně se předpokládá, že souvisí s precipitací ε-Cu a pevnost materiálu je určena stavem interakce mezi relativními dislokačními liniemi zpevňování. Analýza morfologie ε-Cu však není stejná. Obecně řečeno, výzkum procesu tepelného zpracování oceli 17-4PH je již poměrně pokročilý. V reálné výrobě lze proces tepelného zpracování zvolit podle specifických pracovních podmínek, aby se dosáhlo požadovaného výkonu.

 

Společnost Vigor má bohaté zkušenosti s výrobou oceli 17-4PH a její následnou úpravou. Máte-li jakékoli dotazy, poptávky, potřebujete-li vyvinout nové díly nebo vylepšit svůj dodavatelský řetězec, neváhejte nás kontaktovat. info@castings-forging.com