Stale nierdzewne utwardzane przez wytrącanie są stopami żelazo-nikiel-chrom, które zawierają jeden lub więcej elementów utwardzających przez wytrącanie, takich jak aluminium, tytan, miedź, niob i molibden. Utwardzanie strąceniowe osiąga się przez stosunkowo proste starzenie wytworzonej części.
Dwie główne cechy wszystkich stali nierdzewnych utwardzanych przez wytrącanie to wysoka wytrzymałość i wysoka odporność na korozję. Niestety wysoką wytrzymałość osiąga się kosztem wytrzymałości. Odporność na korozję stali nierdzewnych utwardzanych wydzieleniowo jest porównywalna z odpornością standardowych stopów austenitycznych AISI 304 i AISI 316. Obróbka starzeniowa optymalizuje wytrzymałość, odporność na korozję i wytrzymałość. Aby poprawić wytrzymałość, ilość węgla jest utrzymywana na niskim poziomie.
Pierwsza komercyjna stal nierdzewna do utwardzania wydzieleniowego została opracowana w 1946 roku przez US Steel. Stop oznaczono jako nierdzewny W (AISI 635), a jego nominalny skład chemiczny (w% wagowych) wynosił Fe-0,05C-16,7Cr-6,3 Ni-0,2 Al-0,8Ti.
Proces utwardzania przez wytrącanie obejmuje tworzenie (wytrącanie) bardzo drobnych faz międzymetalicznych, takich jak Ni3Al, Ni3Ti, Ni3 (Al, Ti), NiAl, Ni3Nb, Ni3Cu, węglik i fazy Laves (AB2). Długotrwałe starzenie prowadzi do zgrubienia tych faz międzymetalicznych, co z kolei prowadzi do zmniejszenia wytrzymałości, ponieważ przemieszczenia mogą omijać szorstkie fazy międzymetaliczne.
Istnieją trzy rodzaje stali nierdzewnych utwardzanych wydzieleniowo:
– Martenzytyczne utwardzanie wydzieleniowe stali nierdzewnych, np. B. 17-4 PH (AISI 630), nierdzewna W, 15-5 PH, CROLOY 16-6 PH, CUSTOM 450, CUSTOM 455, PH 13-8 Mo, ALMAR 362, IN- 736 itd. – Austenityczne utwardzanie wydzieleniowe stali nierdzewnych np. B. A-286 (AISI 600), 17-10 P, HNM itp., Oraz – pół austenityczne stale nierdzewne utwardzające wydzieleniowo, np. B. 17-7 PH (AISI) 631), PH 15-7 Mo, AM-350, AM-355, PH 14-8 Mo itp.
Rodzaj zależy od początku martenzytu i temperatury końcowej martenzytu (Ms i Mf), a także mikrostruktury w stanie wygaszonym.
Austenityzacja w zakresie jednofazowego austenitu jest zawsze pierwszym krokiem w obróbce cieplnej stali nierdzewnych utwardzanych wydzieleniowo. Po austenityzacji następuje stosunkowo szybkie chłodzenie (hartowanie).
Martenzytyczna stal nierdzewna utwardzana wydzieleniowo
Austenityzacja w zakresie jednofazowego austenitu jest zawsze pierwszym krokiem w obróbce cieplnej stali nierdzewnych utwardzanych wydzieleniowo. Po austenityzacji następuje stosunkowo szybkie chłodzenie (hartowanie).
Końcowa temperatura martenzytyczna (Mf) stali martenzytycznych utwardzających wydzielanie stali nierdzewnych – takich jak 17-4 PH (AISI 630), nierdzewna W, 15-5 PH, CROLOY 16-6 PH, NIESTANDARDOWE 450, NIESTANDARDOWE 455, PH 13- 8 Mo, ALMAR 362 i IN-736 – jest nieco powyżej temperatury pokojowej. Zatem po schłodzeniu z temperatury obróbki roztworu całkowicie przekształcają się w martenzyt. Hartowanie wytrącające osiąga się przez jednokrotne starzenie w temperaturze 480 ° C do 620 ° C (896 ° F do 1148 ° F) przez 1 do 4 godzin.
Temperatura początkowa martenzytu (Ms) stali nierdzewnych hartujących strącanie martenzytyczne musi być powyżej temperatury pokojowej, aby zapewnić całkowitą przemianę martenzytu w austenit podczas hartowania.
Jedno z równań empirycznych, które jest często używane do przewidywania temperatury początkowej martenzytu (w ° F), jest następujące:
Ms = 2160 – 66 (% Cr) – 102 (% Ni) – 2620 (% C +% N)
gdzie Cr = 10–18%, Ni = 5–12,5%, a C + N = 0,035–0,17%.
Hartowanie strąceniowe w stalach martenzytycznych osiąga się przez podgrzanie do temperatur, w których bardzo drobne fazy międzymetaliczne – takie jak Ni3Al, Ni3Ti, Ni3 (Al, Ti), NiAl, Ni3Nb, Ni3Cu, węglik i fazy Lavesa – zawodzą.
Struktura listwowo-martenzytowa oferuje bogactwo miejsc zarodkowania do wytrącania faz międzymetalicznych.
Austenityczna stal nierdzewna utwardzana wydzielowo
Gatunki austenityczne są najmniej powszechnym z trzech rodzajów stali nierdzewnych utwardzanych wydzieleniowo. Z metalurgicznego punktu widzenia można je postrzegać jako prekursory superstopów na bazie niklu i kobaltu. Przykładem mogą być prace nad austenitycznym stopem utwardzającym opady atmosferyczne Fe-10Cr-35Ni-1,5 Ti-1,5Al, które przeprowadzono przed II wojną światową.
Temperatura początkowa martenzytu (Ms) stali nierdzewnych austenitycznych utwardzających wydzielanie atmosferyczne – takich jak A-286 (AISI 600), 17-10 P i HNM – jest tak niska, że nie można ich przekształcić w martenzyt. Zawartość niklu w stalach nierdzewnych austenitycznych utwardzanych wydzieleniowo jest wystarczająco wysoka, aby w pełni ustabilizować austenit w temperaturze pokojowej.
Wysoka stabilność matrycy austenitycznej eliminuje wszystkie potencjalne problemy z kruchością, nawet w ekstremalnie niskich temperaturach. Austenityczne stale nierdzewne hartujące na opady atmosferyczne są zatem bardzo atrakcyjnymi stopami, jeśli chodzi o zastosowania kriogeniczne.
Wzmocnienie osiąga się przez wytrącanie bardzo drobnej, spójnej, międzymetalicznej fazy Ni3Ti, gdy austenit ponownie ogrzewa się do podwyższonych temperatur. Opady w stalach nierdzewnych do austenitycznego utwardzania wydzieleniowego są znacznie wolniejsze w porównaniu do stali nierdzewnych martenzytycznych lub pół austenitycznych do utwardzania wydzieleniowego. Na przykład potrzeba 16 godzin w temperaturze 718 ° C (1325 ° F), aby osiągnąć prawie maksymalne utwardzenie w A-286 (AISI 600).
Podobnie jak w przypadku wszystkich stali nierdzewnych utwardzanych wydzieleniowo, wytrzymałość A-286 (AISI 600) można dodatkowo zwiększyć przez formowanie na zimno przed starzeniem.
Stale nierdzewne do austenitycznego utwardzania wydzieleniowego nie zawierają faz magnetycznych i na ogół mają wyższą odporność na korozję niż martenzytyczne lub pół austenityczne stale nierdzewne utwardzane wydzieleniowo.
Pół austenityczna stal nierdzewna utwardzana wydzieleniowo
Pół-austenityczne stale nierdzewne utwardzane wydzieleniowo są dostarczane w metastabilnym stanie austenitycznym. Mogą również zawierać do 20% ferrytu delta w równowadze z austenitem w temperaturze roztworu. Metastabilny charakter matrycy austenitycznej zależy od ilości pierwiastków stabilizujących austenit i stabilizujących ferryt.
Końcowa temperatura martenzytyczna (Mf) stali nierdzewnej pół-austenitycznej utwardzanej wydzieleniowo – na przykład 17-7 PH (AISI 631), PH 15-7 Mo, AM-350, AM-355 i PH 14-8 Mo – jest znacznie poniżej temperatury pokojowej. W rezultacie ich mikrostruktura jest przeważnie austenityczna (i bardzo plastyczna) po schłodzeniu od temperatury obróbki roztworu.
Po utworzeniu konwersję austenitu w martenzyt osiąga się przez obróbkę kondycjonującą w temperaturze około 750 ° C (1382 ° F), której głównym celem jest doprowadzenie temperatury Mf do temperatury pokojowej (głównie) przez wytrącanie węglików stopowych (węgliki M23C6 bogate w chrom) . To z kolei zmniejsza zawartość węgla i chromu w austenicie (patrz powyższy wzór temperatury Ms, który pokazuje, że temperatura Ms znacznie wzrasta, gdy zmniejsza się ilość rozpuszczonego węgla i chromu w austenicie). Konwersja do martenzytu jest zakończona, gdy ostygnie.
W przypadku stosowania wysokiej temperatury kondycjonowania, zwykle od 930 ° C do 955 ° C (1706 ° F do 1751 ° F), wymagana jest obróbka kriogeniczna (poniżej zera). W tak wysokich temperaturach ilość wytrącanych węglików stopowych jest stosunkowo niewielka, co oznacza, że temperatura Mf jest znacznie niższa niż temperatura pokojowa. Wytrzymałość utworzonego w ten sposób martenzytu (kondycjonowanie w wysokiej temperaturze + obróbka kriogeniczna) jest wyższa niż wytrzymałość utworzona przez transformację w niższych temperaturach z powodu wyższej zawartości węgla w tym pierwszym.
[ff id=”4″]