Stal nierdzewna PH

Martenzytyczne stale nierdzewne utwardzane wydzieleniowo są najpopularniejszymi i szeroko stosowanymi gatunkami PH. Podczas procesu obróbki cieplnej stopy te mają zazwyczaj strukturę austenityczną, jednak po schłodzeniu do temperatury pokojowej ulegają przemianie, w wyniku której są bardziej zbliżone do stopów martenzytycznych. Niektóre z bardziej powszechnych gatunków obejmują 17-4 (17% chromu, 4% niklu), 13-8 (13% Cr 8% Ni) i 15-5 (15% Cr 5% Ni). Gatunki te można poddawać obróbce cieplnej w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości, oferując jednocześnie doskonałą odporność na korozję i obrabialność. Wszystkie są magnetyczne.

Utwardzanie wydzieleniowe martenzytycznych gatunków PH przeprowadza się w celu osiągnięcia określonych warunków, takich jak stan H900, H1025, H1100 i H1150. Warunki te wskazują temperaturę procesu utwardzania wydzieleniowego. Każdy stan powoduje odmienne właściwości mechaniczne metalu, ale podatność na obróbkę skrawaniem i odporność na korozję również będą się między nimi różnić. Martenzytyczne gatunki PH wykazują również bardzo dobrą stabilność wymiarową po utwardzeniu wydzieleniowym.

Nieodłączną wartością stali nierdzewnych PH jest ich elastyczność. Chociaż wyżej wymienione gatunki mają odporność na korozję zbliżoną lub równą odporności na korozję stali austenitycznej 304, warunki utwardzania wydzieleniowego pozwalają na dostosowanie właściwości mechanicznych do szerokiej gamy zastosowań. To jest powód, dla którego produkcja gatunków PH radykalnie wzrosła w ciągu ostatnich kilku dekad, gdy projektanci nauczyli się wykorzystywać możliwości adaptacyjne tego materiału.

Istnieją również stopy austenityczne utwardzane wydzieleniowo, które zachowują swoją podstawową strukturę austenityczną nawet po obróbce cieplnej. Stopy te zazwyczaj nie są tak wytrzymałe jak pozostałe dwie kategorie, ale mają tę zaletę, że są w pełni austenityczne. Przykładem tej kategorii jest A286, odpowiedni do zastosowań wymagających wysokiej wytrzymałości i odporności na korozję do 1300 stopni F.

Następne są stopy półaustenityczne, które są austenityczne w stanie wyżarzonym i martenzytyczne w stanie utwardzanym wydzieleniowo. Stopy te są nadal wystarczająco miękkie, aby można je było obrabiać na zimno. Typowym przykładem jest 17-7 PH, który jest stopem chromu, niklu i aluminium. Jest powszechnie uważany za najbardziej plastyczny ze stopów utwardzanych wydzieleniowo, a jednocześnie wykazuje doskonałą wytrzymałość i twardość. Z tych powodów jest on najczęściej dostępny w formie arkuszy. Wykazuje również minimalne odkształcenia po obróbce cieplnej.

Charakterystyka stali nierdzewnych utwardzanych wydzieleniowo opiera się na ich końcowych mikrostrukturach po obróbce cieplnej. Można je podzielić na cztery odrębne grupy wymienione i omówione poniżej:

Półaustenityczne stale nierdzewne PH
Po szybkim schłodzeniu od temperatury wyżarzania do temperatury pokojowej, półaustenityczne stale PH zachowują swoją strukturę austenityczną. Ta właściwość zapewnia korzystną wytrzymałość i ciągliwość w procesach formowania na zimno, co czyni je preferowanymi w porównaniu ze stalami martenzytycznymi PH, które mają tendencję do nadmiernej twardości.
Aby wywołać hartowanie i wzmocnienie, konieczna jest wstępna przemiana austenitu w martenzyt. To przygotowuje materiał do dalszej obróbki w temperaturze starzenia. Nagrzewanie stali półaustenitycznych PH do temperatury 650–870 stopni powoduje wytrącanie się węglików. Proces ten zmniejsza obecność pierwiastków stabilizujących austenit w osnowie, umożliwiając częściową przemianę w martenzyt po ochłodzeniu do temperatury pokojowej. Częściową przemianę martenzytu można również osiągnąć poprzez chłodzenie poniżej temperatury Ms (początek przemiany martenzytu) lub poprzez obróbkę na zimno.
W związku z tym wzmacnianie półaustenitycznych stali nierdzewnych PH wymaga podejścia dwufazowego lub dwuetapowego. Po wstępnej obróbce sprzyjającej tworzeniu się martenzytu, druga faza polega na poddaniu go działaniu temperatury starzenia wynoszącej 455–593 stopni. Narażenie to prowadzi do opadów atmosferycznych, co skutkuje twardością i ogólnym wzmocnieniem.

Austenityczne stale nierdzewne PH
Stopy austenityczne zachowują swoją strukturę austenityczną poprzez wyżarzanie, a następnie hartowanie poprzez starzenie. W temperaturze wyżarzania wynoszącej 1095–1120 stopni faza utwardzania wydzieleniowego rozpuszcza się i pozostaje w roztworze podczas szybkiego chłodzenia. Kiedy stopy te są ponownie podgrzewane w zakresie od 650 do 760 stopni, następuje wytrącanie, co powoduje zwiększoną twardość i wytrzymałość. Warto zauważyć, że twardość stopów austenitycznych pozostaje niższa niż ich odpowiedników martenzytycznych lub półaustenitycznych, a stopy te zachowują swoje właściwości niemagnetyczne.

Spawanie stali nierdzewnych PH
Podczas operacji spawania wprowadzone ciepło nieuchronnie indukuje obszary metalu nieszlachetnego poddanego obróbce rozpuszczającej lub wyżarzonemu. Aby osiągnąć pożądaną twardość w tych strefach, może być konieczna obróbka cieplna po spawaniu, obejmująca pojedynczą lub podwójną obróbkę cieplną. Wskazane jest zasięgnięcie wskazówek u producenta stali lub zapoznanie się z odpowiednią literaturą w celu uzyskania zalecanych praktyk spawania i protokołów późniejszej obróbki specyficznych dla danego zastrzeżonego gatunku PH.
Cieńsze profile ze stali nierdzewnej PH na ogół nie wymagają podgrzewania przed spawaniem. Martenzytyczne gatunki PH, wyróżniające się niską zawartością węgla, nie ulegają pełnemu hartowaniu w porównaniu do martenzytycznych stali nierdzewnych, takich jak typ 410.
W przypadku spoin jednościegowych zarówno metal spoiny, jak i strefy wpływu ciepła mają tendencję do równomiernej reakcji na obróbkę utwardzania wydzieleniowego po spawaniu. Jednak spoiny wielokrotne wykazują mniejszą jednorodność. Prowadzi to do zauważalnych różnic w strukturze metalu nieszlachetnego, stref wpływu ciepła i metalu spoiny. Wyżarzanie następujące po spawaniu zapewnia bardziej spójną strukturę, umożliwiając jednolitą reakcję na następujące obróbki utwardzania wydzieleniowego.
Na przykład podczas spawania blachy 17-4 PH o grubości mniejszej niż cztery cale, podgrzewanie wstępne nie jest obowiązkowe, ale powszechnie określa się temperatury międzyściegowe do 150 stopni. W przypadku płyt o grubości 17-4 PH przekraczającej cztery cale, w wielu zastosowaniach często uważa się, że konieczne jest wstępne podgrzanie do 95 stopni i utrzymanie temperatury międzyściegowej w zakresie 95–260 stopni. Podczas spawania 17-4 PH gołym drutem ER630 należy stosować argon do spawania metodą GMAW lub hel lub argon do spawania metodą GTAW.

Martenzytyczne stale nierdzewne PH
W szczególności stopy martenzytyczne wykazują głównie struktury austenityczne w temperaturach wyżarzania w zakresie od około 1040 do 1065 stopni. Po ochłodzeniu do temperatury pokojowej stopy te podlegają procesowi transformacji, który przekształca strukturę austenitu w martenzyt. Szybkie chłodzenie powietrzem lub olejem następujące po tej fazie pozwala zachować obecność dodatków, takich jak miedź i kolumb, w roztworze stałym w temperaturze otoczenia. W zakresie temperatur od około 150 stopni do temperatury pokojowej następuje przemiana austenitu w martenzyt. Gdy silnie przesycony roztwór stały w matrycy martenzytycznej jest ponownie podgrzewany do temperatury starzenia od 482 do 593 stopni, wytrącają się drobne cząstki, co prowadzi do zwiększonej twardości i wytrzymałości.

Nie. Hartowanie wydzieleniowe i utwardzanie są ze sobą powiązane, ale stanowią odrębne procesy w materiałoznawstwie. Hartowanie to ogólny termin używany do opisania procesu wytwarzania twardości materiału, zazwyczaj metalu lub stopu, poprzez zmianę jego mikrostruktury różnymi metodami. Często wiąże się to z podgrzaniem materiału do określonej temperatury, a następnie szybkim jego ochłodzeniem, co może skutkować zmianami w jego strukturze krystalicznej i właściwościach mechanicznych. Hartowanie może również obejmować wprowadzenie do materiału pewnych pierwiastków stopowych. Hartowanie można osiągnąć poprzez procesy takie jak hartowanie i odpuszczanie stali, podczas których materiał jest podgrzewany, a następnie szybko schładzany (hartowany) do zablokowania w stanie utwardzonym, po czym następuje kontrolowane ponowne nagrzewanie (odpuszczanie) w celu osiągnięcia równowagi pomiędzy twardością i wytrzymałością.

Natomiast utwardzanie wydzieleniowe jest specyficznym rodzajem procesu utwardzania, który polega na tworzeniu się drobno rozproszonych wydzieleń w mikrostrukturze materiału. Wydzielenia te, często w nanoskali, przyczyniają się do zwiększenia wytrzymałości i twardości. Proces zazwyczaj obejmuje takie etapy, jak obróbka roztworowa (ogrzewanie w celu rozpuszczenia pierwiastków stopowych), hartowanie (szybkie chłodzenie w celu zatrzymania tych pierwiastków w roztworze) i starzenie (kontrolowane ponowne ogrzewanie w celu umożliwienia wytrącenia się osadów). Proces ten jest powszechnie stosowany w przypadku niektórych stali nierdzewnych, stopów aluminium i innych materiałów w celu uzyskania dostosowanych właściwości mechanicznych.