El acero inoxidable 17-4PH (ASTM) es un acero inoxidable con endurecimiento por precipitación martensítico, equivalente al estándar nacional 05Cr17Ni4Cu4Nb.Este tipo de acero inoxidable tiene un bajo contenido de carbono y un alto contenido de Ni y CrAdemás, el acero contiene mayores niveles de elementos de aleación como Cu y Nb.Estos elementos de aleación pueden precipitar fases de endurecimiento por la edad como ε-CuDebido a estas ventajas, el acero inoxidable de endurecimiento por precipitación martensítico 17-4PH se utiliza ampliamente en la aviación,el sector aeroespacialLas propiedades mecánicas del acero inoxidable endurecido por precipitación están significativamente influenciadas por su estado de tratamiento térmico.El proceso de tratamiento térmico convencional para el acero inoxidable de endurecimiento por precipitación martensítico 17-4PH implica un tratamiento en solución seguido de envejecimiento., que mejora la resistencia, dureza y resistencia a la corrosión mediante el ajuste de la microestructura y el control de la precipitación de las fases.La investigación sobre los procesos de tratamiento térmico para el acero inoxidable 17-4PH está bastante maduraEste artículo resume y describe brevemente el rendimiento y los mecanismos de los diferentes procesos de tratamiento térmico.

Tratamiento térmico del acero inoxidable 17-4PH

El punto de transformación de la martensita en el acero inoxidable 17-4PH está por encima de la temperatura ambiente.y su fuerza ha sido muy altaEl tratamiento de envejecimiento diferente basado en el tratamiento en solución puede mejorar la resistencia del material y satisfacer las necesidades de diversas prácticas de producción.

La composición química (por fracción de masa,%) del acero inoxidable 17-4PH es: ≤ 0,07C, ≤ 1,00Mn, ≤ 1,00Si, ≤ 0,023P, ≤ 0,03S,15.50~17.50Cr, 3.00~5.00Ni, 3.00~5.00Cu, 0.15~0.45Nb. Los principales elementos de endurecimiento por precipitación son el cobre y el niobio, y algunos también incluyen aluminio y titanio.El proceso de fortalecimiento se logra utilizando la solubilidad de estos elementos.Cuando el acero inoxidable 17-4PH se calienta a la temperatura de austenita, debido a su mayor solubilidad en austenita y menor solubilidad en martensita,forma una estructura supersaturada de martensita con cobre y niobio al enfriarse a la temperatura de martensitaLa martensita en sí tiene una alta resistencia y dureza, logrando así un cierto grado de fortalecimiento.el cobre y el niobio supersaturados disueltos en la matriz precipitanPor lo tanto, se pueden utilizar diferentes procesos de tratamiento térmico para satisfacer diversos requisitos de rendimiento.

1Tratamiento de solución sólida El tratamiento de solución sólida es un proceso esencial de tratamiento térmico para el acero 17-4PH.La temperatura de calentamiento debe garantizar que el carbono y los elementos de aleación del acero se disuelvan completamente en austenita.El Ac1 del acero 17-4PH es aproximadamente 670°C, Ac3 es aproximadamente 740°C, Ms es 80-140°C y Mf es aproximadamente 32°C.la norma recomienda una temperatura de tratamiento de la solución sólida de 1020-1060°CLas diferentes temperaturas de la solución sólida dan lugar a diferentes microestructuras y propiedades.Estudió la microestructura y las propiedades del acero 17-4PH a diferentes temperaturas de solución sólida, seleccionando temperaturas de tratamiento de 1000,1040El estudio encontró que después de un tratamiento de solución sólida a 1040 °C, la dureza de la muestra era la más alta.la austenita obtenida por calentamiento es desigual, y los carburos de aleación disueltos son mínimos, lo que conduce a una menor dureza de la martensita después de la extinción; cuando la temperatura de la solución sólida es alta, por un lado, los granos se vuelven más gruesos,y por otro lado, demasiados carburos de aleación se disuelven en austenita, aumentando la estabilidad de la austenita y bajando el punto de transformación de la martensita.la cantidad de martensita disminuye después de la extinciónAdemás, las temperaturas de calentamiento excesivamente altas pueden introducir un mayor contenido de ferrita en la estructura de la solución sólida,que afectan al efecto de refuerzo finalPor lo tanto, es esencial seleccionar la temperatura de solución sólida adecuada para garantizar las propiedades deseadas.puede formar martensita cuando se enfría por aireSin embargo, para obtener una solución sólida más fina después del templado y mejores efectos de fortalecimiento, así como una mayor ductilidad y dureza, el enfriamiento con aceite se utiliza comúnmente en la producción real.La microestructura después del tratamiento en solución consiste en placas baínticas de bajo contenido de carbono que contienen cobre y niobio sobresaturados.A veces, debido a un apagado insuficiente o temperaturas de calentamiento excesivamente altas, puede haber una pequeña cantidad de austenita y ferrita residual.

1Tratamiento de envejecimiento del acero 17-4PH: El tratamiento de envejecimiento del acero 17-4PH debe determinarse en función del rendimiento requerido, especificando temperaturas de calentamiento y tiempos de retención.Los estudios han demostrado que después del tratamiento de la solución a 1040°CA la temperatura de envejecimiento, las estructuras martensíticas experimentan un endurecimiento y se forman continuamente precipitados.los precipitados son finos y uniformemente distribuidos en los granosA medida que la temperatura de envejecimiento continúa aumentando, la dureza y la resistencia disminuyen mientras que la ductilidad y la dureza aumentan.Dado que los cambios en la dureza y la resistencia siguen patrones similares, las piezas de trabajo con requisitos específicos de dureza y resistencia deben controlar estrictamente la temperatura de envejecimiento para satisfacer las demandas de uso.La relación entre la resistencia y la ductilidad durante el proceso de envejecimiento del acero 17-4PH es similar a la del acero inoxidable de endurecimiento por precipitación 0°Cr15Ni5Cu2TiCEl envejecimiento por encima de 510°C en el acero 17-4PH se considera demasiado envejecido.La resistencia al impacto del material mejora gradualmentePara garantizar una precipitación adecuada de los precipitados y un envejecimiento efectivo, el tiempo de retención a la temperatura de envejecimiento es generalmente no inferior a 4 horas, seguido de enfriamiento por aire.Bajo la misma temperatura de envejecimientoEn la figura 1 se muestra la curva de dureza del acero 17-4PH a una temperatura de envejecimiento de 350°C con el tiempo.Se puede observar que a medida que aumenta el tiempo de retenciónEn las primeras etapas del tratamiento de envejecimiento, el aumento de la dureza de la muestra es relativamente lento; después de envejecimiento durante 6000 h, la dureza de las muestras aumenta continuamente.la dureza de las muestras aumenta más rápidamenteEn torno a las 9000 h, la dureza alcanza su valor máximo; después, con la extensión del tiempo de envejecimiento, la dureza comienza a disminuir rápidamente.El estudio de la relación entre el envejecimiento a largo plazo y las propiedades de tracción del acero 17-4PHLos resultados muestran que después de un envejecimiento prolongado a 350°C, a medida que aumenta el tiempo de envejecimiento, la resistencia al rendimiento y la resistencia a la tracción aumentan, mientras que las tasas de reducción y alargamiento disminuyen.la superficie de la fractura cambia de fosas dúctiles finas a fosas dúctiles gruesasEl estudio también encontró que, después de un envejecimiento prolongado, la microestructura del acero 17-4PH cambia, con la descomposición espinodal que comienza en los límites de grano,y las partículas de ε-Cu precipitadas gradualmente creciendo más grandeA medida que el tiempo de envejecimiento se extiende, la descomposición espinodal se desplaza gradualmente desde los límites del grano hacia el interior del grano,con un gran número de fases G finas orientadas precipitadas en la matrizWang Jun et al. utilizaron el método de impacto oscilográfico para estudiar el comportamiento de fragilidad del acero 17-4PH bajo envejecimiento a largo plazo a 350 °C.Los ensayos de impacto oscilográfico pueden proporcionar información transitoria durante el tiempo de energía., las etapas de tiempo de carga y de tiempo de desviación de la fractura por impacto de la muestra, ofreciendo información sobre el comportamiento de deformación y fractura de los materiales en condiciones de carga dinámica.Los resultados muestran que la energía de iniciación de la grieta (Ei), la energía de propagación de grietas (Ep), la energía total de impacto (Et) y la resistencia dinámica a la fractura (KId) del acero 17-4PH disminuyen con la extensión del tiempo de envejecimiento a largo plazo a 350 °C

1.3 Tratamiento de ajuste El tratamiento térmico convencional para el acero inoxidable 17-4PH es solución + envejecimiento.La investigación ha encontrado que realizar un tratamiento de ajuste antes del envejecimiento puede alterar significativamente las propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión del materialEl objetivo del tratamiento de ajuste es ajustar los puntos de transformación de martensita Ms y Mf del acero, por lo que también se conoce como tratamiento de transformación de fase.Después de añadir el tratamiento de ajuste, para la misma solución y las mismas temperaturas de envejecimiento, la resistencia al impacto del material aumentará más de una vez, y su resistencia a la corrosión también mejorará significativamente.Yang Shiwei y otros. las curvas de inmersión química, las curvas de polarización, las curvas de polarización cíclica,y métodos de impedancia electroquímica para estudiar la resistencia a la corrosión del acero 17-4PH en agua de mar artificial en condiciones de envejecimiento directo después de la solución y solución + ajuste + envejecimientoEl estudio mostró que después de que el acero inoxidable 17-4PH se somete a un tratamiento de ajuste seguido de envejecimiento, el potencial de autocorrosión y el potencial de corrosión por fosas aumentan.mientras que la tasa de corrosión anual disminuyeLa razón es que, después de que el acero 17-4PH se someta a un tratamiento de ajuste seguido de un proceso de envejecimiento, el acero 17-4PH se vuelve más resistente a la corrosión.evita efectivamente la formación de zonas pobres en cromoAdemás, la estructura de la martensita se vuelve más fina, mejorando la uniformidad de la microestructura del material.Las microestructuras después de la solución y el envejecimiento directo, así como solución + ajuste + envejecimiento, se muestran en la Figura 2. Se puede ver que la microestructura después del tratamiento de ajuste tiene límites de grano más claros, placas de martensita uniformemente finas,y relaciones claras de orientaciónPor el contrario, la microestructura después de la solución y el envejecimiento directo tiene placas gruesas de martensita con numerosos precipitados blancos distribuidos a lo largo de los límites del grano.la estructura martensítica "hereda" las características del tratamiento de ajuste finoLos límites de los granos están conectados en una red, y los granos compuestos principalmente de martensita y austenita residual están encapsulados en ella.Este tipo de microestructura está relacionada con la producción de más austenita de transformación inversa en el acero.

Muchos investigadores también han estudiado los efectos de ajustar el tiempo y la temperatura del tratamiento.Los resultados de la investigación muestran que el tiempo y la temperatura de ajuste no afectan significativamente la morfología de la microestructura del materialSin embargo, a medida que aumenta el tiempo de ajuste, la estructura martensítica se vuelve más fina y uniforme; con el aumento de la temperatura de tratamiento, la resistencia del material aumenta gradualmente.mientras que su ductilidad y dureza disminuyen gradualmenteDespués de un tratamiento de ajuste a 816°C, a medida que aumenta la temperatura de envejecimiento, la resistencia del material disminuye gradualmente, mientras que su ductilidad y dureza aumentan gradualmente.

2.17-4PH Mecanismo de refuerzo de tratamiento térmico de acero inoxidable

En el proceso de solución sólida de acero inoxidable martensítico 17-4PH, elementos como el cobre y el niobio se disuelven en los granos de austenita.se forma martensita de cobre y niobio sobresaturadaLuego, durante el proceso de envejecimiento, los elementos sobre saturados de cobre y niobio se precipitan de los granos, lo que conduce a un segundo fortalecimiento de la matriz.Este es también el método de refuerzo primario para el acero 17-4PH.

Diferentes procesos de tratamiento térmico pueden producir diferentes microestructuras y propiedades, pero los mecanismos de fortalecimiento son todos los mismos, lo que está relacionado con la precipitación de precipitados.Distribución de los precipitados como el ε-CuLa resistencia al rendimiento de las aleaciones endurecidas por precipitación está determinada por el efecto de las fases de fortalecimiento en las dislocaciones.Cuando las partículas de la fase de fortalecimiento son extremadamente finas y dispersas con una distribución densa, las líneas de dislocación se bloquearán y no podrán pasar a través de estas partículas, aumentando así la resistencia de rendimiento de la aleación y, en última instancia, causando fragilidad.Cuando las partículas de la fase de fortalecimiento son más grandes y poco distribuidasPor lo tanto, las dislocaciones pueden eludir estas partículas de fase de refuerzo de acuerdo con el mecanismo de Owrrone, evitando el bloqueo de la línea de dislocación y reduciendo la resistencia de rendimiento de la aleación.en acero envejecido 17-4PH, cuando hay más granos de austenita de transformación inversa, las partículas de ε-Cu en la austenita de transformación inversa son más finas y más dispersas que las de la martensita,proporcionando poco o ningún obstáculo a las dislocacionesPor lo general, después de calentar, el acero 17-4PH tendrá una pequeña cantidad de austenita residual.que consiste en partículas muy finas que se convierten en el núcleo de la transformación inversa de austenita durante el templadoPor lo tanto, cuanto más austenita residual haya en la aleación, más austenita de transformación inversa se generará durante el envejecimiento.cuando se reduce el contenido de elementos que promueven la formación de martensita (como C) en la aleación, mientras que el contenido de elementos que estabilizan la austenita (como el N) es demasiado alto, quedará más austenita residual después de la extinción,y más transformación inversa austenita se formará después de templado, reduciendo así la resistencia al rendimiento de la aleación; al mismo tiempo, a medida que aumenta la temperatura de envejecimiento, la austenita de transformación inversa comienza a formarse y crecer,que conduce a un aumento de la cantidad de austenita residual a temperatura ambiente y a una disminución de la resistenciaPor lo tanto, para los materiales con requisitos de resistencia,es necesario formular razonablemente los procesos de tratamiento térmico y controlar estrictamente la cantidad de austenita de transformación inversa en la microestructura. ε-Cu es la principal fase de refuerzo en el acero 17-4PH. En los últimos años se ha realizado más investigación sobre su morfología.Mientras que la investigación nacional en la fábrica de turbinas de Harbin ha sido más completaEn general, se creía que "en todos los casos, el ε-Cu es esférico". Sin embargo, la investigación en la fábrica de turbinas de Harbin encontró que las fases de ε-Cu precipitadas de la matriz martensítica son varillas cortas lisas,mientras que los precipitados de austenita (austenita de transformación inversa) son esféricosEsto se debe a que tanto la austenita como las fases de ε-Cu tienen redes cúbicas centradas en la cara, y su energía de interfaz es muy baja, por lo que las fases de ε-Cu precipitadas son esféricas.tiene una red cúbica centrada en el cuerpo, que difiere significativamente de la red cúbica centrada en la cara de las fases ε-Cu, lo que resulta en una alta energía de interfaz, por lo que las fases ε-Cu precipitadas son tipo varilla.También estudió la morfología de las fases ε-Cu en el acero 17-4PH, y encontraron

Conclusión 3

El acero inoxidable endurecido por cerámica combina las ventajas de una alta resistencia y una excelente resistencia a la corrosión.Su resistencia a la corrosión no sólo está relacionada con su composición química sino también con el tratamiento térmicoLa temperatura de la solución se establece normalmente en 1040°C; temperaturas demasiado altas o demasiado bajas pueden afectar su rendimiento.El tratamiento de envejecimiento puede mejorar sus propiedades mecánicas generalesSobre la base de los procesos tradicionales, la adición de tratamientos de ajuste puede refinar la estructura de la matriz martensítica, mejorando así la resistencia a la corrosión del material.

La investigación sobre los mecanismos de refuerzo del acero inoxidable 17-4PH se ha llevado a cabo tanto a nivel nacional como internacional, dando algunos resultados.Se cree generalmente que estos mecanismos están relacionados con la precipitación de ε-Cu, y la resistencia del material está determinada por el estado de refuerzo en relación con las líneas de dislocación.Los procesos de tratamiento térmico para el acero 17-4PH se han vuelto bastante maduros., permitiendo la selección de procesos de tratamiento térmico adecuados en la producción real basados en condiciones específicas de aplicación para lograr el rendimiento deseado.