17-4PH pret 316L nerūsējošais tērauds: nokrišņu sacietēšana pret austenītu augstas stiprības lietojumiem

17-4PHun 316L abi ir nerūsējošie tēraudi, taču tie pieder pie fundamentāli atšķirīgām metalurģijas saimēm un reti viens otru aizstāj. 316L ir darba zirga austenīta kategorija, kas novērtēta ar izturību pret koroziju un metināmību; 17-4PH ir nokrišņos cietējoša martensīta pakāpe, kuras stiepes izturība ir vairāk nekā divas reizes lielāka nekā 316L.

Izvēle starp tiem patiešām ir jautājums par to, kura īpašība ir vissvarīgākā - neapstrādāta izturība vai liela izturība pret koroziju -, jo metalurģija, kas katrai kategorijai piešķir stiprību, ir tā pati metalurģija, kas to ierobežo citur. Šajā rokasgrāmatā ir salīdzināti 17-4PH un 316L tieši pēc sastāva, izturības, izturības pret koroziju, magnētismu un izgatavošanas, lai precīzi noskaidrotu, kad katra kategorija ir pareizā izvēle.

Kas ir 17-4PH un 316L, un kā atšķiras to metalurģiskās struktūras?

17-4PH ir martensīta nogulsnēšanas-nerūsējošais tērauds, kas stiprina savu izturību termiskās apstrādes rezultātā, savukārt 316L ir austenīta nerūsējošais tērauds, ko vispār nevar nostiprināt ar termisko apstrādi — šī vienīgā strukturālā atšķirība ir galvenais iemesls gandrīz visām pārējām atšķirībām starp abām kategorijām.

316L pieder austenītu saimei: tā niķeļa saturs (10–14%) stabilizē kubisko kristālu struktūru, kas ir vērsta uz sejas, istabas temperatūrā, kas nodrošina tai labu elastību, labu stingrību zemā-temperatūrā un ne-magnētisko izturēšanos, taču kritiski tas nozīmē, ka tā stiprumu var palielināt tikai ar aukstu apstrādi, nevis ar atšķirīgu termisko apstrādi. martensīta nogulsnēšana-cietējošs nerūsējošais tērauds -, kur, atdziestot no šķīduma atkvēlināta stāvokļa, veidojas centrēta tetragonāla martensīta struktūra-, un pēc tam sekojošā novecošanās termiskā apstrāde izgulsnē smalkas vara-bagātas daļiņas visā šajā struktūrā, ievērojami palielinot izturību.

Tā nav neliela apstrādes atšķirība; tas nozīmē, ka abas kategorijas sasniedz savas noteicošās īpašības, izmantojot pretējus mehānismus, tāpēc to salīdzināšana ir mazāka par to, kurš ir "labāks" nerūsējošais tērauds, un vairāk par to, kura metalurģijas grupa faktiski atbilst pielietojuma reālajām prasībām.

Kā nokrišņu sacietēšana nodrošina 17-4PH tā augsto izturību?

17-4PH sasniedz savu augsto izturību, veicot divu-pakāpju termiskās apstrādes - atlaidināšanu ar šķīdumu, kam seko novecošana -, kurā novecošanas laikā visā martensīta matricā veidojas vara-bagātas nogulsnes, un šīs smalkās, vienmērīgi sadalītās nogulsnes bloķē dislokācijas kustību un dramatiski paaugstina materiāla stāvokli.

Process sākas ar atkvēlināšanu šķīdumā, kas leģējošos elementus (tostarp varu) izšķīdina viendabīgā cietā šķīdumā un, atdzesējot, pārveido struktūru par martensītu. Šādā stāvoklī 17-4PH ir salīdzinoši mīksts un apstrādājams. Sekojošā novecošanas apstrāde -, ko parasti veic temperatūrā no aptuveni 480 grādiem līdz 620 grādiem (900 °F līdz 1150 °F) atkarībā no vēlamajām galīgajām īpašībām, izraisa izšķīdušā vara nogulsnēšanos kā īpaši smalkas daļiņas, kas sadalītas visā martensīta matricā.

Šīs nogulsnes kavē dislokāciju kustību metāla kristāla struktūrā, un, tā kā dislokācijas kustība ir metālu plastiskās deformācijas pamatmehānisms, to bloķēšana tieši palielina materiāla ražību un stiepes izturību. Šis ir tas pats vispārējais stiprināšanas princips, ko izmanto novecojušos-rūdināmos alumīnija un niķeļa sakausējumos, kas šeit tiek lietots nerūsējošā tērauda matricā -, un tas nav pilnībā pieejams 316L, kura austenīta struktūra nepakļaujas šāda veida transformācijām vai nokrišņu reakcijai.

Kā 17-4PH un 316L salīdzina mehānisko izturību?

17-4PH tās augstākās-stiprības termiski apstrādātajā-nodrošina aptuveni sešas līdz septiņas reizes lielāku tecēšanas robežu nekā atkvēlinātā 316L, un pat zemākās stiprības standarta novecošanas stāvoklī tas joprojām ievērojami pārspēj 316L, padarot izturību par vienu lielāko un vismazāk neskaidro divu pakāpju atšķirību.

Tiešs salīdzinājums starp parastajiem 17-4PH termiskās apstrādes apstākļiem un standarta rūdīto 316L:

1. tabula. Reprezentatīvu mehānisko īpašību salīdzinājums parastos 17-4PH novecošanas apstākļos salīdzinājumā ar atkvēlināto 316L. Vērtības ir ilustratīvās un noapaļotas no bieži publicētiem atsauces datiem; pirms izmantošanas konstrukcijas aprēķinos apstipriniet precīzus skaitļus, salīdzinot ar pašreizējo ASTM A564/A693 izdevumu vai piemērojamo specifikāciju.

Praktiskā atziņa ir tāda, ka 17-4PH novecošanas nosacījumi paši par sevi ir dizaina mainīgais, nevis tikai ražošanas detaļa. - H900 nodrošina maksimālu izturību uz zināmas stingrības un elastības rēķina, savukārt H1150 upurē maksimālo izturību, lai nodrošinātu ievērojami labāku stingrību, un piedāvā starpposma apstākļus, piemēram, H1025, H1,6 un H1. standarta atkvēlināto īpašību komplekts (var modificēt tikai nedaudz, izmantojot aukstu apstrādi), kas padara to par vienkāršāku, bet daudz mazāk regulējamu materiālu no stiprības dizaina viedokļa.

Kā 17-4PH un 316L salīdzina izturību pret koroziju?

316L piedāvā ievērojami labāku vispārējo un hlorīda korozijas izturību nekā 17-4PH, galvenokārt tā molibdēna satura un augstāka hroma-/-oglekļa līdzsvara dēļ, padarot 316L par nepārprotamu izvēli ikreiz, kad ekspluatācijas vide - ir ne tikai mehāniskā slodze, bet arī galvenā dizaina problēma.

316L molibdēna pievienošana ir īpaši vērsta uz izturību pret hlorīda-izraisītu punktveida koroziju un plaisu koroziju, mehānismam 17-4PH nav kompozīcijas aizsardzības, jo tas nesatur tīšu molibdēnu. 17-4. PH izturība pret koroziju parasti tiek uzskatīta par salīdzināmu ar standarta 304 nerūsējošā tērauda, bet nepārprotami zem videi draudzīga nerūsējošā tērauda {7} 316L hlorīdu noturība un krietni zemāka par speciālajām kategorijām, kas apspriestas citur lietojumos ar augstu hlorīda saturu.

Šis ir galvenais kompromiss, kas- ir pamatā visam 17-4PH pret 316L salīdzinājumam: 17-4PH vara pievienošana, kas nodrošina tā stiprību, sacietējot nokrišņos, nenodrošina tādu pašu hlorīda noturības ieguvumu, ko nodrošina molibdēns 316 L, tāpēc izturība un izturība pret koroziju ir atšķirīgas, pārklāšanās divas reizes. īpašības, nevis viena šķira, kurai kopumā ir "vairāk" izdevīgāka sakausēšana.

Vai 17-4PH ir magnētisks, un vai tam ir nozīme pielietojuma izvēlē?

17-4PH ir magnētisks savas martensīta kristāliskās struktūras dēļ, savukārt 316L parasti nav-magnētisks (vai tikai vāji magnētisks pēc ievērojama aukstuma darba) austenīta struktūras dēļ, un šī atšķirība ir svarīga jebkurā lietojumā, kur magnētiskie traucējumi, prasības nemagnētiskiem materiāliem vai īpašas pārbaudes metodes ir būtiski dizaina apsvērumi.

Magnētisms nerūsējošā tēraudā ir cieši saistīts ar kristāla struktūru: martensīta un ferīta nerūsējošais tērauds, tostarp 17-4PH, parasti ir magnētiski, savukārt austenīta kategorijas, piemēram, 316L, parasti nav-magnētiskas to standarta atlaidinātajā stāvoklī. Tas nav tikai ziņkārība -, tam ir reālas konstrukcijas sekas tādās lietojumprogrammās kā medicīnas ierīces MRI iekārtu tuvumā, noteikti elektronisko vai sensoru korpusi un instrumenti, kuros magnētiskie traucējumi ir jāsamazina, un tie visi parasti dod priekšroku 316L vai citai austenīta klasei, jo īpaši tās nemagnētiskās izturēšanās dēļ, neatkarīgi no stiprības vai korozijas apsvērumiem.

Un otrādi, magnētisko daļiņu pārbaude, izplatīta un efektīva nesagraujošā testēšanas metode virsmas un tuvu virsmu defektu noteikšanai, ir piemērojama magnētiskajiem 17-4PH komponentiem, bet ne nemagnētiskajiem 316L, kas tā vietā balstās uz tādām metodēm kā šķidruma caurlaidība vai radiogrāfiska pārbaude.

Kā 17-4PH un 316L salīdzina metināmību un izgatavošanu?

316L parasti ir vieglāk metināt bez īpašām pēc-metināšanas termiskās apstrādes problēmām, savukārt 17-4PH metināšanai ir rūpīgi jāapsver termiskās -ietekmētās zonas transformācijas izturēšanās un parasti tiek izmantota termiskā apstrāde pēc metināšanas, lai atjaunotu nemainīgas mehāniskās īpašības visā savienojumā.

316L austenīta struktūra metināšanas laikā netiek pakļauta tādām transformācijām{1}}, kādas var rasties martensīta un nokrišņu{2}}cietēšanas pakāpei; tā galvenais metināšanas apsvērums ir samazināt sensibilizācijas risku (hroma karbīda nogulsnēšanās pie graudu robežām), ko jau būtiski mazina tā zemais oglekļa saturs, padarot 316L par salīdzinoši piedodamu metināšanas kategoriju daudzās standarta procedūrās.

17-4PH siltuma-ietekmētajā zonā notiek tādas pašas fāzes pārvērtības, kas piešķir parastajam metālam tā īpašības, kas nozīmē, ka metināšana var lokāli mainīt cietību un mehāniskās īpašības attiecībā pret pamatmateriāla termiski apstrādāto- stāvokli; Tāpēc daudzās 17-4PH ražošanas procedūrās ir nepieciešama metināšana šķīduma-atlaidinātā stāvoklī, kam seko pabeigtā metinājuma pilnīga novecošanās termiskā apstrāde vai pēc-metināšanas cikls, lai atjaunotu konsekventas īpašības visā komponentā. Šī papildu procesa sarežģītība ir īsts praktisks apsvērums -, nevis tikai korozijas vai stiprības kompromiss — ja salīdzina abas kategorijas metinātiem izstrādājumiem.

Kuru pakāpi izvēlēties augstas{0}}izturības un korozijas-izturības{1}}izmantošanai?

17-4PH ir piemērota izvēle, ja lietojumprogrammas primārā prasība ir augsta izturība-līdz-svara veiktspēja vidēji korozīvā vidē, savukārt 316L ir piemērota izvēle, ja liela, uzticama izturība pret koroziju -, jo īpaši pret hlorīdiem, ir noteicošā prasība, pat ja ir ievērojama izturība.

Reprezentatīvas pieteikšanās vadlīnijas:

Aviācijas un kosmosa stiprinājumi, vārpstas un konstrukcijas piederumi:17-4PH ir plaši norādīts gadījumos, kad liela izturības-svara attiecība ir būtiska un pakalpojuma vide nav īpaši kodīga.

Eļļas un gāzes vārstu sastāvdaļas un augstas stiprības{0}} piederumi:17-4PH ir izplatīta, ja mehāniskā kravnesība ir noteicošais ierobežojums, bieži vien ar specifiskās hlorīdu un skābo pakalpojumu vides novērtējumu.

Medicīnas un ķirurģijas instrumenti, kuriem nepieciešama gan izturība, gan smalka, rūdīta mala:17-4PH termiski apstrādājamā izturība bieži tiek izmantota, līdzsvarota ar mērenāku izturību pret koroziju salīdzinājumā ar austenīta pakāpēm.

Ķīmiskās apstrādes cauruļvadi, tvertnes un vispārējas korozijas{0}}kritiskās iekārtas:316L joprojām ir standarta izvēle, jo izturības prasības šajos lietojumos parasti labi atbilst tām, ko nodrošina atkvēlinātais 316L.

Jūras, jūras ūdens vai augsta{0}}hlorīda vide:316L parasti tiek dota priekšroka, nevis 17-4PH, jo tā ir molibdēna izraisīta pretestība punktveida izsitumiem, kas sīkāk aplūkota tālāk.

Vai 17-4PH var izmantot hlorīda vai jūras vidē?

17-4PH var izmantot vieglas hlorīda iedarbības apstākļos, taču tas nav ieteicams kā 316 L vai augstākas pakāpes -sakausējuma aizvietotājs ilgstošas ​​vai smagas hlorīdu un jūras vidē, jo tā izturība pret koroziju, kas ir salīdzināma ar standarta 304 -, ir ievērojami zemāka par to, ko 316L nodrošina pret korozingu un molibdēnu.

Tā kā 17-4PH sastāva stiprības (varš cietēšanai ar nokrišņiem) un 316L sastāva stiprības (molibdēns hlorīda izturībai) nepārklājas, 17-4PH izmantošana tikai tā stiprības priekšrocību dēļ patiesi agresīvā hlorīda vidē nerada lielāku reālo korozijas risku. Robežprasību vai jauktu -prasību gadījumos -, kad vienlaikus ir nepieciešama gan nozīmīga stiprība, gan nozīmīga hlorīdu izturība, - inženieriem ir jānovērtē īpašas nokrišņu cietināšanas vai dupleksa klases, kas izveidotas ar papildu korozijizturīgu sakausējumu, nevis jāatbilst standarta 17-4PH standartam, tikai pamatojoties uz tā mehānisko īpašību izturību3 vai pēc noklusējuma6 tā mehānisko īpašību stiprības dēļ. pretestību, ja lietojumprogramma patiešām pieprasa abus.

Bieži uzdotie jautājumi

Vai 17-4PH var atkārtoti vecināt, lai pēc sākotnējās termiskās apstrādes mainītu tā stiprumu?

Jā, robežās - 17-4PH parasti var atkārtoti-šķīdumu-atkvēlināt un no jauna-novecot līdz citam stāvoklim, ja mainās lietošanas prasības, lai gan tas prasa pareizu krāsns apstrādi un ir apzināti pieņemts ražošanas lēmums, nevis lauka pielāgošana.

Vai 316L vispār ir kāda termiski{1}}apstrādājama stiprināšanas iespēja?

316L nepastāv nozīmīgas nokrišņu vai transformācijas sacietēšanas iespējas; tā vienīgā praktiskā stiprināšanas metode ir aukstā apstrāde (piemēram, aukstā vilkšana vai velmēšana), kas palielina izturību uz elastības rēķina un būtiski atšķiras no 17-4PH novecošanas reakcijas un daudz ierobežotāka nekā.

Vai 17-4PH ir piemērots kriogēniem lietojumiem?

Parasti nevienai - martensīta un nokrišņu-cietināšanas pakāpei, piemēram, 17-4PH, parasti nav tādas pašas zemas temperatūras stingrības, kādu piedāvā austenīta klases, piemēram, 316L, tāpēc 316L vai cita austenīta šķira parasti ir piemērotāka izvēle kriogēnai apkopei.

Kura klase maksā vairāk, 17-4PH vai 316L?

Cenas atšķiras atkarībā no tirgus un produkta formas, taču nevienai no kategorijām nav tik lielas priekšrocības, kāda ir super{0}}austenīta vai niķeļa sakausējuma kategorijām; praktiskā izmaksu atšķirība starp 17-4PH un 316L parasti ir neliela, salīdzinot ar veiktspējas kompromisiem starp tiem, tāpēc izvēles lēmums galvenokārt būtu jāizlemj, ņemot vērā mehāniskās un korozijas prasības, nevis tikai izmaksas.

Vai 17-4PH un 316L var savienot kopā vienā komplektā?

Jā, atšķirīga metināšana starp 17-4PH un 316L ir iespējama ar atbilstošu pildmetālu un metināšanas procedūru, lai gan iegūtās savienojuma īpašības atspoguļos katras pakāpes ierobežotākos raksturlielumus konkrētajā vietā - zemāka izturība 316L pusē un zemāka hlorīda pretestība 17-apstrādei, ņemot vērā termiskās apstrādes prasības pēc-4PH.