17-4PH ir 316L nerūdijantis plienas: grūdinimas krituliais ir austenitas, skirtas didelio stiprumo darbams

17-4PHir 316L yra nerūdijantis plienas, tačiau jie priklauso iš esmės skirtingoms metalurgijos šeimoms ir retai yra tikri vienas kito pakaitalai. 316L yra darbinio arklio austenitinė klasė, vertinama dėl atsparumo korozijai ir suvirinamumo; 17-4PH yra nuo kritulių kietėjanti martensitinė klasė, kurios tempiamasis stiprumas yra daugiau nei dvigubai didesnis nei 316L.

Renkantis vieną iš jų, iš tikrųjų svarbu, kuri savybė yra svarbiausia - neapdorotas stiprumas ar platus atsparumas korozijai -, nes metalurgija, kuri suteikia kiekvienai klasei stiprumą, yra ta pati metalurgija, kuri ją riboja kitur. Šiame vadove 17-4PH ir 316L lyginami tiesiogiai pagal sudėtį, stiprumą, atsparumą korozijai, magnetizmą ir gamybą, kad būtų tiksliai paaiškinta, kada kiekviena klasė yra tinkamas pasirinkimas.

Kas yra 17-4PH ir 316L ir kuo skiriasi jų metalurginės konstrukcijos?

17-4PH yra martensitinis kritulių-nerūdijantis plienas, kurio stiprumas didėja termiškai apdorojant, o 316L yra austenitinis nerūdijantis plienas, kurio apskritai negalima sustiprinti termiškai apdorojant – šis vienintelis struktūrinis skirtumas yra pagrindinė beveik visų kitų dviejų rūšių skirtumų priežastis.

316L priklauso austenitinei šeimai: jame esantis nikelio kiekis (10–14 %) stabilizuoja paviršių-centruotą kubinę kristalų struktūrą kambario temperatūroje, o tai suteikia jai gerą lankstumą, gerą atsparumą žemai -temperatūrai ir ne-magnetinį elgesį, bet kritiškai reiškia, kad jo stiprumą galima padidinti tik apdorojant šaltu būdu, o ne apdorojant skirtingą šeimą {{5}PH}. Martensitinis nusodinimas-kietėjantis nerūdijantis plienas -, kai aušinant tirpalu{10}}atkaitintoje būsenoje susidaro kūno-centruota tetragoninė martensitinė struktūra, o vėliau sendinant terminį apdorojimą toje struktūroje nusodinamos smulkios vario{11}}turtingos dalelės, smarkiai padidindamos stiprumą.

Tai nėra nedidelis apdorojimo skirtumas; tai reiškia, kad šios dvi klasės įgyja savo charakteristikas naudojant priešingus mechanizmus, todėl lyginant jas reikia mažiau apie tai, kuris iš nerūdijančio plieno yra „geresnis“, o apie tai, kuri metalurgijos šeima iš tikrųjų atitinka realius taikymo reikalavimus.

Kaip kietėjimas nuo kritulių suteikia 17-4PH didelį stiprumą?

17-4PH pasiekia didelį stiprumą atliekant dviejų-pakopų terminio apdorojimo - tirpalo atkaitinimą, po kurio vyksta senėjimas -, kai senėjimo metu martensitinėje matricoje susidaro daug vario-nuosėdų, o šios smulkios, tolygiai paskirstytos nuosėdos blokuoja dislokacijos judėjimą ir, palyginti su medžiagos stiprumu, smarkiai padidina medžiagos būklę.

Procesas prasideda tirpalo atkaitinimu, kurio metu legiruojantys elementai (įskaitant varį) ištirpinami į vientisą kietą tirpalą ir, aušinant, struktūra paverčiama martensitu. Tokiomis sąlygomis 17-4PH yra gana minkštas ir tinkamas apdirbti. Vėlesnis sendinimo apdorojimas - paprastai atliekamas maždaug 480–620 laipsnių (900–1150 °F) temperatūroje, priklausomai nuo norimų galutinių savybių, todėl ištirpęs varis nusėda kaip itin smulkios dalelės, pasiskirstusios martensitinėje matricoje.

Šios nuosėdos trukdo dislokacijų judėjimui metalo kristalų struktūroje, o kadangi dislokacijos judėjimas yra pagrindinis metalų plastinės deformacijos mechanizmas, jo blokavimas tiesiogiai padidina medžiagos išeigą ir atsparumą tempimui. Tai yra tas pats bendras stiprinimo principas, naudojamas senėjimo -kietėjančiuose aliuminio ir nikelio lydiniuose, čia taikomas nerūdijančio plieno matricoje - ir visiškai neprieinamas 316L, kurio austenitinė struktūra nepatiria tokio pobūdžio transformacijos ar kritulių reakcijos.

Kaip 17-4PH ir 316L lyginami pagal mechaninį stiprumą?

17-4PH, esant didžiausiam-stiprumo termiškai-apdorotam būsenai, užtikrina maždaug šešis ar septynis kartus didesnę takumo ribą nei atkaitintas 316L, ir net mažiausio stiprumo standartinio sendinimo sąlygomis jis vis tiek gerokai viršija 316L, todėl stiprumas yra vienintelis didžiausias ir mažiausiai dviprasmiškas skirtumas tarp dviejų laipsnių.

Tiesioginis palyginimas tarp įprastų 17-4PH terminio apdorojimo sąlygų ir standartinio atkaitinto 316 l:

1 lentelė. Tipiškas mechaninių savybių palyginimas įprastomis 17-4PH senėjimo sąlygomis, palyginti su atkaitintu 316L. Reikšmės yra iliustracinės ir suapvalintos pagal dažniausiai skelbiamus informacinius duomenis; prieš naudodami projektavimo skaičiavimuose patvirtinkite tikslius skaičius pagal dabartinį ASTM A564/A693 leidimą arba taikomą specifikaciją.

Praktinis aspektas yra tas, kad 17-4PH senėjimo sąlygos yra pačios konstrukcijos kintamasis, o ne tik gamybos detalė - H900 užtikrina maksimalų stiprumą tam tikro kietumo ir lankstumo kaina, o H1150 paaukoja didžiausią stiprumą, kad būtų žymiai geresnis kietumas, o tarpinės sąlygos, pvz., H1025, H1, 6 ir H1, standartinis atkaitintų savybių rinkinys (tik šiek tiek modifikuojamas šalto apdirbimo būdu), todėl tai paprastesnė, bet daug mažiau derinama medžiaga stiprumo ir konstrukcijos požiūriu.

Kaip lyginami 17-4PH ir 316L atsparumas korozijai?

316L pasižymi žymiai geresniu bendruoju ir chlorido atsparumu korozijai nei 17-4PH, visų pirma dėl jame esančio molibdeno kiekio ir didesnio chromo-–-anglies balanso, todėl 316L yra aiškus pasirinkimas, kai eksploatacinė aplinka - yra ne tik mechaninė apkrova, bet ir yra pagrindinė dizaino problema.

316L sudėtyje esantis molibdeno priedas yra specialiai skirtas atsparumui chlorido -sukeltai duobių ir plyšių korozijai, mechanizmas 17-4PH neturi kompozicinės apsaugos nuo jo, nes jame nėra tyčinio molibdeno. 17-4PH atsparumas korozijai paprastai laikomas panašiu į standartinį 304 nerūdijantį plieną, tačiau aiškiai žemesnis už aplinką nerūdijantį plieną, {7} 316L atsparumas chloridui ir gerokai mažesnis už specialias klases, aptartas kitur, naudojant daug chlorido.

Tai yra pagrindinis kompromisas-, kuriuo grindžiamas visas 17-4PH ir 316 l palyginimas: 17-4PH vario priedas, kuris užtikrina jo stiprumą dėl sukietėjimo krituliais, nesuteikia tos pačios atsparumo chloridui naudos, kurią suteikia molibdenas 316 l, todėl stiprumas ir atsparumas korozijai yra skirtingos sudėties pranašumai. ypatybes, o ne vieną rūšį, tiesiog turinčią „daugiau“ naudingo lydinio.

Ar 17-4PH yra magnetinis ir ar tai svarbu renkantis programą?

17-4PH yra magnetinis dėl savo martensitinės kristalinės struktūros, o 316L paprastai yra ne-magnetinis (arba tik silpnai magnetinis po didelio darbo šaltyje) dėl savo austenitinės struktūros, ir šis skirtumas yra svarbus bet kokiam naudojimui, kai magnetiniai trukdžiai, nemagnetinės medžiagos reikalavimai arba specifiniai tikrinimo metodai yra svarbūs projektuojant.

Nerūdijančio plieno magnetizmas glaudžiai koreliuoja su kristalų struktūra: martensitinis ir feritinis nerūdijantis plienas, įskaitant 17-4PH, paprastai yra magnetinis, o austenitiniai plienai, tokie kaip 316L, paprastai yra ne-magnetiniai, kai jie yra atkaitinti. Tai ne tik smalsumas -, jis turi realių projektavimo pasekmių tokiose srityse kaip medicinos prietaisai, esantys šalia MRT įrangos, tam tikri elektroniniai ar jutiklių korpusai ir prietaisai, kuriuose magnetiniai trukdžiai turi būti kuo mažesni, o visi šie įrenginiai paprastai teikia pirmenybę 316L arba kitai austenitinei klasei, ypač dėl jos nemagnetinio elgesio, neatsižvelgiant į stiprumą ar koroziją.

Atvirkščiai, magnetinių dalelių tikrinimas, įprastas ir efektyvus neardomasis bandymo metodas paviršiaus ir paviršiaus trūkumams aptikti, taikomas magnetiniams 17-4PH komponentams, bet ne nemagnetiniams 316L, kurie remiasi tokiais metodais kaip skysčio skvarba arba radiografinis patikrinimas.

Kaip 17-4PH ir 316L galima palyginti suvirinamumu ir gamyba?

316L paprastai lengviau suvirinti be specialių po-suvirinimo siūlių terminio apdorojimo problemų, o 17-4PH suvirinimui reikia atidžiai atsižvelgti į šilumos-paveiktos zonos transformacijos elgseną ir paprastai naudingas terminis apdorojimas po suvirinimo, kad būtų atkurtos nuoseklios mechaninės savybės visoje jungtyje.

316L austenitinė struktūra nepatiria tų pačių transformacijų-sukeltų komplikacijų suvirinimo metu, kaip gali kilti martensitinis ir kritulių{2}}kietėjimas; Pagrindinis suvirinimo tikslas yra sumažinti jautrinimo (chromo karbido nusodinimo ties grūdelių ribomis) riziką, kurią jame esantis mažas anglies kiekis jau gerokai sumažina, todėl 316L yra palyginti atlaidi klasė, skirta suvirinti atliekant įvairias standartines procedūras.

17-4PH šilumos-paveiktoje zonoje vyksta tie patys faziniai virsmai, kurie suteikia netauriajam metalui jo savybes, o tai reiškia, kad suvirinimas gali lokaliai pakeisti kietumą ir mechanines savybes, palyginti su pradinės medžiagos termiškai -apdorota būkle; Todėl daugelis 17-4PH gamybos procedūrų reikalauja suvirinimo tirpalu-atkaitintoje būsenoje, o po to užbaigto suvirinimo siūlės pilnas senėjimo terminis apdorojimas arba po-suvirinimo senėjimo ciklas, kad būtų atkurtos vienodos viso komponento savybės. Šis papildomas proceso sudėtingumas yra tikras praktinis sumetimas -, o ne tik korozijos ar stiprumo kompromisas – lyginant dvi suvirinto gaminio klases.

Kurią rūšį turėtumėte pasirinkti didelio{0}}stiprumo ir korozijos-svarbioms reikmėms?

17-4PH yra tinkamas pasirinkimas, kai pagrindinis programos reikalavimas yra didelis stiprumas-ir -svoris vidutiniškai korozinėje aplinkoje, o 316L yra tinkamas pasirinkimas, kai platus, patikimas atsparumas korozijai -, ypač chloridams, yra pagrindinis reikalavimas, net ir esant dideliam stiprumui.

Reprezentatyvios paraiškos gairės:

Orlaivių ir erdvės tvirtinimo detalės, velenai ir konstrukcinės detalės:17-4PH yra plačiai nurodyta, kai būtinas didelis stiprumo- ir svorio santykis, o aptarnavimo aplinka nėra labai ėsdinanti.

Alyvos ir dujų vožtuvų komponentai ir didelio{0}}stiprumo jungiamosios detalės:17-4PH yra įprastas, kai mechaninė apkrova yra pagrindinis apribojimas, dažnai įvertinant specifinę chlorido ir rūgščių paslaugų aplinką.

Medicininiai ir chirurginiai instrumentai, kuriems reikia ir tvirtumo, ir smulkaus, grūdinto krašto:17-4PH termiškai apdorojamas stiprumas dažnai yra svertas, subalansuotas su mažesniu atsparumu korozijai, palyginti su austenitinėmis klasėmis.

Cheminio apdorojimo vamzdynai, rezervuarai ir bendra korozijos{0}}kritinė įranga:316L išlieka standartiniu pasirinkimu, nes šių įrenginių stiprumo reikalavimai paprastai neviršija atkaitinto 316L.

Jūros, jūros vandens ar daug{0}}chloridų:316L paprastai yra teikiama pirmenybė, o ne 17-4PH dėl molibdeno sukeliamo atsparumo įdubimams, apie kuriuos toliau kalbama toliau.

Ar 17-4PH gali būti naudojamas chlorido arba jūros aplinkoje?

17-4PH gali būti naudojamas esant silpnam chlorido poveikiui, bet nerekomenduojamas kaip 316 l ar aukštesnės klasės -lydinio pakaitalas ilgalaikėje arba stiprioje chlorido ir jūrinėje aplinkoje, nes jo atsparumas korozijai, panašus į standartinį 304 -, yra reikšmingai mažesnis nei 316 l, kuris suteikia korozijos ir korozicijos priedų.

Kadangi 17-4PH sudėtinis stiprumas (varis, skirtas kietėjimui nuo kritulių) ir 316L sudėtinis stiprumas (molibdenas, užtikrinantis atsparumą chloridui) nesutampa, naudojant 17-4PH vien dėl jo stiprumo pranašumo tikrai agresyvioje chlorido aplinkoje, nėra didesnės tikrosios korozijos rizikos. Ribinių ar mišrių -reikalavimų atvejais -, kai vienu metu reikalingas ir reikšmingas stiprumas, ir reikšmingas atsparumas chloridui, - inžinieriai turėtų įvertinti specialias kritulių kietėjimo arba dvipusio tipo medžiagas, sudarytas su papildomu korozijai atspariu lydiniu, o ne nustatyti standartinį 17-4PH standartą, vien tik dėl mechaninių savybių stiprumo3 arba numatytųjų jo atsparumo korozijai3. atsparumas, kai programa tikrai reikalauja abiejų.

Dažnai užduodami klausimai

Ar 17-4PH galima pakartotinai sendinti, kad po pirminio terminio apdorojimo pasikeistų jo stiprumas?

Taip, neviršijant nustatytų ribų, - 17-4PH paprastai gali būti per-tirpalas-atkaitintas ir iš naujo-perdirbtas iki kitokios būklės, jei pasikeičia naudojimo reikalavimai, nors tam reikia tinkamo krosnies apdorojimo, o gamybos sprendimas priimtas sąmoningai, o ne koregavimas lauke.

Ar 316L išvis turi kokių nors termiškai{1}}apdorojamų stiprinimo galimybių?

316L nėra prasmingo nusodinimo ar transformacijos grūdinimo varianto; Vienintelis praktinis stiprinimo būdas yra apdirbimas šaltuoju būdu (pvz., šaltasis tempimas arba valcavimas), kuris padidina stiprumą plastiškumo kaina ir iš esmės skiriasi nuo 17-4PH senėjimo reakcijos ir yra daug ribotesnis.

Ar 17-4PH tinka kriogeninėms reikmėms?

Paprastai jokie - martensitiniai ir kritulių{1}}kietėjimo laipsniai, tokie kaip 17-4PH, paprastai neišlaiko tokio pat stiprumo žemoje temperatūroje, kokį siūlo austenitinės klasės, pvz., 316L, todėl 316L ar kita austenitinė klasė paprastai yra tinkamesnis pasirinkimas kriogeninei priežiūrai.

Kuri klasė kainuoja brangiau, 17-4PH ar 316L?

Kainos skiriasi atsižvelgiant į rinką ir gaminio formą, tačiau nė viena rūšis nėra tokia didelė, kaip super{0}}austenitinio ar nikelio lydinio klasės; praktinis išlaidų skirtumas tarp 17-4PH ir 316L paprastai yra nedidelis, palyginti su jų našumo kompromisais, todėl pasirinkimą pirmiausia turėtų lemti mechaniniai ir korozijos reikalavimai, o ne vien kaina.

Ar 17-4PH ir 316L galima sujungti į tą patį mazgą?

Taip, nevienodą suvirinimą tarp 17-4PH ir 316L galima atlikti naudojant atitinkamą užpildo metalą ir suvirinimo procedūrą, nors gautos jungties savybės atspindės labiau ribotas kiekvienos klasės charakteristikas toje konkrečioje vietoje - mažesnis stiprumas 316 l pusėje ir mažesnis atsparumas chloridui 17{6}}, atsižvelgiant į terminio apdorojimo reikalavimus ir po suvirinimo.