vědomosti

Ocel 17-4PH je typická martenzitická precipitačně zpevněná nerezová ocel, která se vyznačuje vysokou pevností a houževnatostí a dobrou odolností proti korozi. Po rozpouštěcím zpracování při 1040 °C byla ocel 17-4PH podrobena jednorázovému stárnutí při 480 °C a 550 °C a poté sekundárnímu stárnutí při 550 °C po stárnutí při 480 °C. Byly zjištěny změny mechanických vlastností a mikrostruktury materiálu za různých podmínek tepelného zpracování. Výsledky ukazují, že mikrostruktura oceli 17-4PH po rozpouštěcím zpracování a stárnutí při 480 °C je martenzitická, zatímco mikrostruktura po stárnutí při 550 °C je popouštěný sorbit. Pevnost v tahu a mez kluzu oceli 17-4PH jsou nejvyšší při stárnutí při 480 °C, ale rázová houževnatost je relativně nízká. Se zvyšující se teplotou jednorázového stárnutí se pevnost oceli snižuje a rázová houževnatost se při stárnutí při 550 °C zvyšuje. Ocel 17-4PH může dosáhnout lepších komplexních mechanických vlastností, jako je pevnost a rázová houževnatost, po rozpouštěcí úpravě při 1040 ℃ a stárnutí při 550 ℃.

 

17-4PH je martenzitická precipitačně kalená nerezová ocel, která se vyznačuje nízkým obsahem uhlíku, vysokým obsahem niklu a chromu a dobrou odolností proti korozi. Obsahuje také značné množství legujících prvků, jako je měď a niob, které se během tepelného zpracování vysrážejí, čímž zpevňují strukturu zrn a dodávají materiálu vysokou pevnost a tvrdost. Precipitačně kalená nerezová ocel dosahuje vysoké pevnosti a určité odolnosti proti korozi vysrážením jemných intermetalických sloučenin a malého množství karbidů během stárnutí. Proto se tento materiál široce používá mimo jiné v leteckém, chemickém, potravinářském a jaderném průmyslu. Hlavními metodami tepelného zpracování oceli 17-4PH jsou rozpouštěcí zpracování a stárnutí. Mikrostruktura získaná po rozpouštěcí úpravě je převážně martenzitická s relativně vysokou pevností. Stárnutí je úprava a požadované pevnosti a tvrdosti materiálu lze dosáhnout stárnutím při různých teplotách. Tento článek studuje vliv různých teplot a metod stárnutí na mechanické vlastnosti a mikrostrukturu oceli 17-4PH po rozpouštěcí úpravě.

 

 

1. Experimentální materiály a metody

V experimentu byly použity ocelové tyče o rozměrech φ 17 mm × 4 mm. Chemické složení je uvedeno v tabulce 60.

 

Pro studium změn mechanických vlastností a mikrostruktury oceli 17-4PH za různých teplot stárnutí byly vzorky podrobeny rozpouštěcímu zpracování a stárnutí při různých teplotách. Nerezová ocel 17-4PH byla rozpouštěcím zpracováním provedena ve vakuové peci procesem kalení v oleji při 1040 °C, po kterém následovaly tři různé metody stárnutí: stárnutí při 480 °C po dobu 4 hodin na vzduchu; stárnutí při 550 °C po dobu 4 hodin na vzduchu; a stárnutí při 480 °C po dobu 4 hodin na vzduchu s následným stárnutím při 550 °C po dobu 4 hodin na vzduchu. Proces tepelného zpracování je uveden v tabulce 2.

 

Vzorky byly odebrány z testovacích tyčí o rozměrech φ 60 mm × 200 mm z oceli 17-4PH, které prošly třemi různými procesy tepelného zpracování za účelem přípravy vzorků pro tahové, metalografické a rázové zkoušky. Tahové zkoušky byly provedeny na elektronickém tahovém zkušebním stroji WDW-100E v souladu s normou GB/T 228.1—2010 „Kovové materiály - Zkouška tahem - Část 1: Zkušební metoda při pokojové teplotě“. Rázové zkoušky byly provedeny na rázovém stroji JB-300 v souladu s normou GB/T 229—2020 „Kovové materiály - Zkouška rázem Charpyho s V-vrubem“. Metalografické vyšetření bylo provedeno pomocí metalografického mikroskopu MR5000 za účelem zkoumání mikrostruktury a mechanických vlastností oceli 17-4PH po rozpouštěcí úpravě a při různých teplotách stárnutí. Byly analyzovány změny vlastností v průběhu různých procesů.

 

 

2. Výsledky testu a analýza

2.1 Metalografická struktura: Metalografická struktura oceli 17-4PH za různých podmínek zpracování byla pozorována při 500násobném zvětšení pomocí metalografického mikroskopu. Po rozpouštěcí úpravě byla matrice oceli 17-4PH laťkový martenzit s relativně hrubými zrny a relativně jednotnou strukturou a nebyly pozorovány žádné husté precipitáty na hranicích zrn, jak je znázorněno na obrázku 1.

 

Po jednorázovém stárnutí při 480 °C se mikrostruktura skládá z martenzitu a malého množství austenitu. Na martenzitu se nachází mnoho jemných černých tečkovitých karbidů, jak je znázorněno na obrázku 2.

 

Po primárním stárnutí při 480 °C, následovaném sekundárním stárnutím při 550 °C, je mikrostruktura laťkový martenzit, ale zrna jsou relativně jemnější a rovnoměrněji rozložená, jak je znázorněno na obrázku 3. Po primárním stárnutí při 550 °C se martenzit začíná rozkládat a podél hranic zrn se vysráží mnoho jemných karbidů, přičemž mikrostruktura je popouštěný sorbit, jak je znázorněno na obrázku 4. S rostoucí teplotou primárního stárnutí, když teplota stárnutí dosáhne 550 °C, se martenzit začíná rozkládat a podél hranic zrn se vysráží mnoho jemných karbidů, přičemž mikrostruktura je popouštěný sorbit, který si zachovává fázi martenzitu.

 

2.2 Mechanické vlastnosti: Tahové vlastnosti a absorpce rázové energie při -40 °C u oceli 17-4PH po rozpouštěcí úpravě při stejné teplotě a stárnutí při různých teplotách 480 °C a 550 °C jsou uvedeny v tabulce 3.

 

Z tabulky 3 je patrné, že při první teplotě stárnutí 480 °C (proces 1) a první teplotě stárnutí 550 °C (proces 3) se pevnost v tahu snížila z 1420 MPa na 1185 MPa, mez kluzu se snížila z 1366 MPa na 1133 MPa, prodloužení po lomu se zvýšilo z 13 % na 15.5 %, zmenšení plochy se zvýšilo z 57 % na 60 % a energie absorpce nárazu při -40 °C se zvýšila z 13 J na 61.5 J. Při první teplotě stárnutí 480 °C (proces 1) a druhé teplotě stárnutí 550 °C po první teplotě stárnutí 480 °C (proces 2) se pevnost v tahu snížila z 1420 MPa na 1118 MPa, mez kluzu se snížila z 1366 MPa na... Při pevnosti v tahu 1080 MPa se prodloužení po lomu zvýšilo z 13 % na 17 %, zmenšení plochy se zvýšilo z 57 % na 62 % a energie absorpce nárazu při -40 °C se zvýšila z 13 J na 72.5 J. Mechanické vlastnosti oceli 17-4PH se při první teplotě stárnutí 480 °C a druhé teplotě stárnutí 550 °C (proces 2) a první teplotě stárnutí 550 °C (proces 3) změnily jen málo. S rostoucí první teplotou stárnutí ze 480 °C na 550 °C se však pevnost oceli 17-4PH začala snižovat, zatímco houževnatost oceli se zlepšila.

 

3. závěr

1) Matrice oceli 17-4PH po rozpouštěcí úpravě a stárnutí je martenzit.

2) Když je ocel 17-4PH zpracována v roztoku při 1040 ℃ a následně stárnuta při 480 ℃, má nejvyšší pevnost v tahu a mez kluzu, ale absorpce rázové energie při -40 ℃ je relativně nízká. S rostoucí teplotou stárnutí vykazují pevnost v tahu i mez kluzu klesající trend, zatímco prodloužení po lomu, zmenšení plochy a absorpce rázové energie se zvyšují.

3) Při stejném procesu rozpouštěcího zpracování, pokud se po primárním stárnutí při 550 ℃ přidá sekundární stárnutí při 480 ℃, se pevnost v tahu i mez kluzu oceli 17-4PH sníží, ale houževnatost oceli se zlepší. Neexistuje žádný významný rozdíl v mechanických vlastnostech mezi primárním stárnutím při 480 ℃ následovaným sekundárním stárnutím při 550 ℃ a jednoduchým stárnutím při 550 ℃.

4) Ocel 17-4PH dosahuje lepších komplexních mechanických vlastností po rozpouštěcím zpracování při 1040 ℃ a jednorázovém stárnutí při 550 ℃. Proto lze při skutečném tepelném zpracování zvolit vhodnou metodu tepelného zpracování na základě mechanických vlastností požadovaných produktem.

 

Společnost Vigor má více než 20 let zkušeností s výrobou a dodávkami odlitků, kovaných dílů a CNC obráběných dílů pro originální díly. Máme silné kapacity pro různé tepelné a dodatečné zpracování. Pokud vám s něčím můžeme pomoci, kontaktujte nás prosím co nejdříve. info@castings-forging.com