O aço inoxidável 17-4PH (ASTM) é um aço inoxidável de endurecimento por precipitação martensítico, equivalente ao padrão nacional 05Cr17Ni4Cu4Nb.Este tipo de aço inoxidável tem um baixo teor de carbono e um elevado teor de Ni e CrAlém disso, o aço contém níveis mais elevados de elementos de liga, tais como Cu e Nb.Estes elementos de liga podem precipitar fases de endurecimento por envelhecimento como ε-CuDevido a estas vantagens, o aço inoxidável de endurecimento por precipitação martensítico 17-4PH é amplamente utilizado na aviação,AeronáuticaAs propriedades mecânicas do aço inoxidável endurecido por precipitação são significativamente influenciadas pelo seu estado de tratamento térmico.O processo de tratamento térmico convencional para o aço inoxidável de endurecimento por precipitação martensítico 17-4PH envolve tratamento em solução seguido de envelhecimento, que melhora a resistência, dureza e resistência à corrosão ajustando a microestrutura e controlando a precipitação de fases.A investigação sobre os processos de tratamento térmico do aço inoxidável 17-4PH está bastante desenvolvida.Este artigo resume e descreve brevemente o desempenho e os mecanismos em diferentes processos de tratamento térmico.

Tratamento térmico de aço inoxidável 17-4PH

O ponto de transformação da martensita no aço inoxidável 17-4PH está acima da temperatura ambiente.e a sua força tem sido muito altaO tratamento de envelhecimento diferente com base no tratamento por solução pode melhorar a resistência do material e satisfazer as necessidades de várias práticas de produção.

A composição química (por fracção de massa,%) do aço inoxidável 17-4PH é: ≤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. Os principais elementos de endurecimento por precipitação são cobre e nióbio, com alguns também incluindo alumínio e titânio.O processo de reforço é realizado utilizando a solubilidade destes elementosQuando o aço inoxidável 17-4PH é aquecido à temperatura da austenita, devido à sua maior solubilidade na austenita e menor solubilidade na martensita,Forma uma estrutura martensítica supersaturada com cobre e nióbio ao arrefecer até à temperatura da martensitaA própria martensita possui elevada resistência e dureza, conseguindo assim um certo grau de fortalecimento.O cobre e o nióbio supersaturados dissolvidos na matriz precipitam-sePor conseguinte, podem ser utilizados diferentes processos de tratamento térmico para satisfazer os diversos requisitos de desempenho.

1Tratamento com solução sólida O tratamento com solução sólida é um processo de tratamento térmico essencial para o aço 17-4PH.A temperatura de aquecimento deve garantir que o carbono e os elementos de liga do aço se dissolvam completamente em austenita.O Ac1 do aço 17-4PH é aproximadamente 670°C, o Ac3 é aproximadamente 740°C, o Ms é 80-140°C e o Mf é cerca de 32°C.A norma recomenda uma temperatura de tratamento da solução sólida de 1020-1060°C. Diferentes temperaturas de solução sólida resultam em diferentes microestruturas e propriedades.Estudou a microestrutura e as propriedades do aço 17-4PH a diferentes temperaturas de solução sólida, selecionando temperaturas de tratamento de 10001040O estudo revelou que, após um tratamento com solução sólida a 1040 °C, a dureza da amostra era a mais elevada.a austenita obtida por aquecimento é desigual, e os carboidratos de liga dissolvidos são mínimos, o que leva a uma menor dureza da martensita após o resfriamento; quando a temperatura da solução sólida é alta, por um lado, os grãos tornam-se mais grosseiros,e por outro lado, muitos carboidratos de liga se dissolvem em austenita, aumentando a estabilidade da austenita e diminuindo o ponto de transformação da martensita.a quantidade de martensita diminui após a extinçãoAlém disso, temperaturas de aquecimento excessivamente elevadas podem introduzir um maior teor de ferrita na estrutura da solução sólida,Afetando o efeito final de reforçoPor conseguinte, é essencial selecionar a temperatura de solução sólida adequada para assegurar as propriedades desejadas.pode formar martensita quando arrefecida a arNo entanto, para obter uma solução sólida mais fina após o temperamento e melhores efeitos de reforço, bem como uma melhor ductilidade e dureza, o resfriamento por óleo é comumente utilizado na produção real.A microestrutura após tratamento por solução consiste em placas baínticas de baixo teor de carbono contendo cobre e nióbio super saturados.Por vezes, devido a um apagamento insuficiente ou a temperaturas de aquecimento excessivamente elevadas, pode haver uma pequena quantidade de austenita e ferrita residual.

1Tratamento de envelhecimento do aço 17-4PH: o tratamento de envelhecimento do aço 17-4PH deve ser determinado com base no desempenho exigido, especificando temperaturas de aquecimento e tempos de retenção.Os estudos demonstraram que, após tratamento com solução a 1040°C, oA temperatura de envelhecimento aumenta, as estruturas martensíticas são temperadas e os precipitados se formam continuamente.Os precipitados são finos e uniformemente distribuídos nos grãosÀ medida que a temperatura de envelhecimento continua a aumentar, a dureza e a resistência diminuem, enquanto a ductilidade e a resistência aumentam.Uma vez que as mudanças de dureza e força seguem padrões semelhantes, peças de trabalho com requisitos específicos de dureza e resistência devem controlar rigorosamente a temperatura de envelhecimento para satisfazer as exigências de utilização.A relação entre a resistência e a ductilidade durante o processo de envelhecimento do aço 17-4PH é semelhante à do aço inoxidável 0°Cr15Ni5Cu2TiC de endurecimento por precipitaçãoHou Kai et al. estudaram a resistência ao impacto do aço 17-4PH em condições de envelhecimento superior, constatando que, à medida que a temperatura de envelhecimento aumenta, a resistência ao impacto do aço 17-4PH aumenta.A resistência ao impacto do material melhora gradualmentePara assegurar uma precipitação adequada dos precipitados e um envelhecimento eficaz, o tempo de retenção na temperatura de envelhecimento é geralmente não inferior a 4 horas, seguido de arrefecimento a ar.Sob a mesma temperatura de envelhecimentoA figura 1 mostra a curva de dureza do aço 17-4PH a uma temperatura de envelhecimento de 350°C ao longo do tempo.Pode observar-se que, à medida que o tempo de retenção aumenta, aNa fase inicial do tratamento de envelhecimento, o aumento da dureza da amostra é relativamente lento; após envelhecimento de 6000 h, a dureza da amostra é reduzida a uma média de 0,01 mm.A dureza das amostras aumenta mais rapidamentePor volta de 9000 h, a dureza atinge o seu valor máximo; depois, com o alargamento do tempo de envelhecimento, a dureza começa a diminuir rapidamente.realizou um estudo detalhado sobre a relação entre o envelhecimento a longo prazo e as propriedades de tração do aço 17-4PHOs resultados mostram que, após um envelhecimento prolongado a 350°C, à medida que o tempo de envelhecimento aumenta, a resistência ao rendimento e à resistência à tração aumentam, enquanto as taxas de redução e alongamento diminuem;a superfície da fratura muda de buracos dúcteis finos para buracos dúcteis grosseirosO estudo também revelou que, após um envelhecimento prolongado, a microestrutura do aço 17-4PH muda, com a decomposição espinodal começando nos limites dos grãos,e as partículas de ε-Cu precipitadas gradualmente crescendoÀ medida que o tempo de envelhecimento se estende, a decomposição espinodal muda gradualmente dos limites dos grãos para dentro dos grãos,com um grande número de fases G finas orientadas precipitadas na matrizWang Jun et al. usaram o método de impacto oscilográfico para estudar o comportamento de frágil do aço 17-4PH sob envelhecimento a longo prazo a 350 °C.Os testes de impacto oscilográficos podem fornecer várias informações transitórias durante o tempo de energia., estágios de carga-tempo e de deflexão-tempo da fratura de impacto da amostra, oferecendo informações sobre o comportamento de deformação e fratura de materiais sob condições de carga dinâmica.Os resultados mostram que a energia de iniciação da fenda (Ei), a energia de propagação de rachaduras (Ep), a energia total de impacto (Et) e a resistência dinâmica à fractura (KId) do aço 17-4PH diminuem com o prolongamento do tempo de envelhecimento a longo prazo a 350°C

1.3 Tratamento de ajuste O tratamento térmico convencional do aço inoxidável 17-4PH é solução + envelhecimento.A pesquisa revelou que a realização de um tratamento de ajuste antes do envelhecimento pode alterar significativamente as propriedades mecânicas e de resistência à corrosão do materialO objectivo do tratamento de ajustamento é ajustar os pontos de transformação da martensita Ms e Mf do aço, por isso também é referido como tratamento de transformação de fase.Após adição do tratamento de ajustamento, para a mesma solução e temperaturas de envelhecimento, a resistência ao impacto do material aumentará mais de uma vez, e sua resistência à corrosão também será significativamente melhorada.Yang Shiwei et al.. utilizou imersão química, curvas de polarização, curvas de polarização cíclica,e métodos de impedância eletroquímica para estudar a resistência à corrosão do aço 17-4PH na água do mar artificial em condições de envelhecimento direto após solução e solução + ajuste + envelhecimentoO estudo mostrou que, após o aço inoxidável 17-4PH ser submetido a um tratamento de ajustamento seguido de envelhecimento, o potencial de autocorrosição e o potencial de corrosão por fossa aumentam.enquanto a taxa de corrosão anual diminuiA resistência à corrosão do aço 17-4PH à água do mar é muito superior à das amostras directamente envelhecidas, uma vez que o aço 17-4PH é submetido a um tratamento de ajustamento seguido de envelhecimento.Evita eficazmente a formação de zonas pobres em cromoAlém disso, a estrutura da martensita torna-se mais fina, melhorando a uniformidade da microestrutura do material.As microestruturas após solução e envelhecimento directo, bem como solução + ajustamento + envelhecimento, são mostrados na Figura 2.e relações de orientação clarasEm contrapartida, a microestrutura após solução e envelhecimento directo apresenta placas de martensita grosseiras com numerosos precipitados brancos distribuídos ao longo dos limites dos grãos.A estrutura martensítica "herda" as características do tratamento de ajustamento finoOs limites dos grãos são ligados numa rede, e os grãos compostos principalmente de martensita e austenita residual são encapsulados nela.Este tipo de microestrutura está relacionada com a produção de mais transformação inversa austenita no aço.

Muitos pesquisadores também estudaram os efeitos de ajustar o tempo e a temperatura do tratamento.Os resultados da investigação mostram que o ajuste do tempo e da temperatura não afetam significativamente a morfologia da microestrutura do materialNo entanto, à medida que o tempo de ajuste aumenta, a estrutura martensítica torna-se mais fina e mais uniforme; com o aumento da temperatura de tratamento, a resistência do material aumenta gradualmente,enquanto a sua ductilidade e dureza diminuem gradualmenteApós 816°C de tratamento de ajustamento, à medida que a temperatura de envelhecimento aumenta, a resistência do material diminui gradualmente, enquanto a sua ductilidade e dureza aumentam gradualmente.

2.17-4PH Mecanismo de reforço de tratamento térmico de aço inoxidável

No processo de solução sólida de aço inoxidável martensítico 17-4PH, elementos como cobre e nióbio se dissolvem nos grãos de austenita.é formada martensita de cobre e nióbio supersaturadosNo processo de envelhecimento, os elementos de cobre e nióbio supersaturados precipitam-se dos grãos, levando a um segundo reforço da matriz.Este é também o principal método de reforço para o aço 17-4PH.

Diferentes processos de tratamento térmico podem produzir diferentes microestruturas e propriedades, mas os mecanismos de reforço são todos os mesmos, o que está relacionado com a precipitação de precipitados.Distribuição dos precipitados como ε-CuA resistência de rendimento das ligas endurecidas por precipitação é determinada pelo efeito das fases de reforço sobre as deslocações.Quando as partículas da fase de reforço são extremamente finas e dispersas com uma distribuição densa, as linhas de deslocamento serão bloqueadas e incapazes de passar através dessas partículas, aumentando assim a resistência de rendimento da liga e, finalmente, causando fragilidade.Quando as partículas da fase de fortalecimento são maiores e pouco distribuídas, as deslocações podem contornar estas partículas de fase de reforço de acordo com o mecanismo de Owrrone, evitando o bloqueio da linha de deslocação e reduzindo a resistência de rendimento da liga.em aço envelhecido 17-4PH, quando há mais grãos de austenita de transformação inversa, as partículas de ε-Cu na austenita de transformação inversa são mais finas e mais dispersas do que as da martensita,proporcionando pouco ou nenhum obstáculo às luxaçõesGeralmente, após o resfriamento, o aço 17-4PH terá uma pequena quantidade de austenita residual,que consiste em partículas muito finas que se tornam o núcleo da transformação inversa da austenita durante o temperamentoPortanto, quanto mais austenita residual na liga, mais austenita de transformação inversa será gerada durante o envelhecimento.quando o teor de elementos que promovem a formação de martensita (como C) na liga é reduzido, enquanto o teor de elementos que estabilizam a austenita (como o N) é demasiado elevado, mais austenita residual permanecerá após a extinção,e mais transformação inversa a austenita se formará após o temperamento, reduzindo assim a resistência de rendimento da liga; ao mesmo tempo, à medida que a temperatura de envelhecimento aumenta, a austenita de transformação reversa começa a se formar e a crescer,levando a um aumento da quantidade de austenita residual à temperatura ambiente e uma diminuição da resistênciaPor conseguinte, para materiais com requisitos de resistência,é necessário formular razoavelmente processos de tratamento térmico e controlar rigorosamente a quantidade de austenita de transformação reversa na microestrutura. ε-Cu é a principal fase de reforço no aço 17-4PH. Nos últimos anos, mais pesquisas foram realizadas sobre sua morfologia.Enquanto a pesquisa doméstica na fábrica de turbinas de Harbin foi mais completaAcreditava-se geralmente que "em todos os casos, o ε-Cu é esférico". No entanto, pesquisas na Harbin Turbine Factory descobriram que as fases de ε-Cu precipitadas da matriz martensítica são hastes curtas e lisas,Considerando que os precipitados a partir da austenita (austenita de transformação inversa) são esféricosIsso ocorre porque tanto as fases de austenita quanto as de ε-Cu têm grelhas cúbicas centradas na face e sua energia de interfaça é muito baixa, de modo que as fases de ε-Cu precipitadas são esféricas.tem uma rede cúbica centrada no corpo, que difere significativamente da rede cúbica centrada na face das fases ε-Cu, resultando em uma alta energia interfacial, de modo que as fases ε-Cu precipitadas são semelhantes a hastes.Estudou também a morfologia das fases ε-Cu no aço 17-4PH, e eles encontraram

Conclusão 3

O aço inoxidável endurecido por cerâmica combina as vantagens de alta resistência e excelente resistência à corrosão.A sua resistência à corrosão não está relacionada apenas com a sua composição química, mas também com o tratamento térmicoA temperatura da solução é tipicamente definida em 1040°C; temperaturas demasiado elevadas ou demasiado baixas podem afectar o seu desempenho.O tratamento de envelhecimento pode melhorar as suas propriedades mecânicas globaisCom base nos processos tradicionais, a adição de tratamentos de ajuste pode refinar a estrutura da matriz martensítica, melhorando assim a resistência à corrosão do material.

A investigação sobre os mecanismos de reforço do aço inoxidável 17-4PH foi efectuada tanto a nível nacional como internacional, tendo dado alguns resultados.Acredita-se geralmente que estes mecanismos estão relacionados com a precipitação de ε-CuNo entanto, as análises da morfologia do ε-Cu variam.Os processos de tratamento térmico para o aço 17-4PH tornaram-se bastante maduros, permitindo a selecção de processos de tratamento térmico adequados na produção real, com base em condições específicas de aplicação, para atingir o desempenho desejado.