O aço inoxidável 17-4PH (ASTM) é um tipo de endurecimento por precipitação martensítica, equivalente à norma 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 um elevado nível de elementos de liga, tais como Cu e Nb. Estes elementos precipitam ε-Cu, NbC,e fases M23C6 durante o tratamento térmicoDevido a estas vantagens, o aço inoxidável de endurecimento por precipitação martensítico 17-4PH é amplamente utilizado na aviação, aeroespacial, química,e indústrias nuclearesAs 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 por solução seguido de tratamento de envelhecimentoA estrutura da estrutura é de grande dimensão e a sua resistência à corrosão pode ser melhorada através do ajuste da microestrutura e do controlo da precipitação das fases.A investigação sobre os processos de tratamento térmico do aço inoxidável 17-4PH atingiu um elevado nível de maturidadeEste artigo resume e discute brevemente o desempenho e os mecanismos em diferentes processos de tratamento térmico.

1Tratamento térmico de aço inoxidável 17-4PH

17-4PH O ponto de transformação martensítica do aço inoxidável está acima da temperatura ambiente.Podem ser realizados diferentes tratamentos de envelhecimento com base no tratamento por solução para melhorar a resistência do material e satisfazer as necessidades de várias práticas de produção..

A composição química do aço inoxidável 17-4PH (por fracção de massa,%) é a seguinte: ≤ 0,07% de carbono (C), ≤ 1,0% de 00Mn, ≤ 1,00Si, ≤ 0,023% de fósforo (P), ≤ 0,03% de enxofre (S), 15,50 a 17,50% de cromo (Cr), 30,00 a 5,00% de níquel (Ni), 3,00 a 5,00% de cobre (Cu) e 0,15 a 0,45% de nióbio (Nb).com algumas caixas, incluindo alumínio e titânioQuando o aço inoxidável 17-4PH é aquecido até a sua temperatura de austenita, a sua solubilidade aumenta.A maior solubilidade destes elementos de reforço na austenita e a menor solubilidade na martensita conduzem à formação de uma estrutura martensítica supersaturada com cobre e nióbio.A martensita em si tem uma elevada resistência e dureza, proporcionando um certo nível de reforço.Aumentar ainda mais a resistência do materialPor conseguinte, diferentes requisitos de desempenho podem ser satisfeitos através de diferentes processos de tratamento térmico.

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 os elementos de carbono e liga sejam totalmente dissolvidos em austenita.Para o aço 17-4PH, Ac1 é aproximadamente 670°C, Ac3 é aproximadamente 740°C, Ms é 80 a 140°C e Mf é aproximadamente 32°C.A norma recomenda uma temperatura de tratamento da solução sólida de 1020 a 1060°CDiferentes temperaturas de solução sólida resultam em diferentes microestruturas e propriedades.e outros estudaram 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, as amostras apresentaram a mais alta dureza.a austenita formada durante o aquecimento é desigualQuando a temperatura de tratamento da solução sólida é elevada, os grãos tornam-se mais grosseiros.e mais carboidratos de liga se dissolvem em austenita, aumentando a estabilidade da austenita e diminuindo o ponto de transformação da martensita.e a dureza diminuiAlém disso, temperaturas de aquecimento excessivamente elevadas podem conduzir a um maior teor de ferrita na estrutura da solução sólida, afetando o efeito final de reforço.É essencial selecionar a temperatura de tratamento da solução sólida adequada para garantir as propriedades desejadas.Devido à presença de cromo e níquel no aço 17-4PH, ele pode formar martensita quando resfriado a ar.e melhoria da ductilidade e durezaA microestrutura após tratamento com solução consiste em placas baínticas de baixo carbono contendo cobre e nióbio super saturados.Devido a um apagamento insuficiente ou a temperaturas de aquecimento excessivamente elevadas, pode permanecer uma pequena quantidade de austenita e ferrita residuais.

O aço 17-4PH deve ser tratado termicamente de acordo com o desempenho exigido, sendo determinada a temperatura de aquecimento e o tempo de retenção em conformidade.Os estudos demonstraram que, após tratamento com solução a 1040°C, oNo entanto, a temperatura de envelhecimento aumenta, as estruturas martensíticas são temperadas e os precipitados se formam continuamente.Os precipitados são finos e amplamente distribuídos nos grãosÀ medida que a temperatura de envelhecimento continua a aumentar, a dureza e a resistência diminuem, enquanto a plasticidade e a resistência aumentam.Uma vez que as mudanças de dureza e força seguem padrões semelhantes, para peças com requisitos específicos de dureza e resistência, a temperatura de envelhecimento deve ser rigorosamente controlada para satisfazer os requisitos de utilização.As alterações de resistência e plasticidade durante o processo de envelhecimento do aço 17-4PH são semelhantes às do aço inoxidável 0Cr15Ni5Cu2TiC de endurecimento por precipitaçãoHou Kai et al. estudaram a resistência ao impacto do aço 17-4PH sob condições de envelhecimento excessivo e descobriram 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 a formação completa dos precipitados e o envelhecimento eficaz, o tempo de retenção na temperatura de envelhecimento deve ser geralmente não inferior a 4 horas, seguido de arrefecimento a ar.Na mesma temperatura de envelhecimentoA figura 1 mostra a curva de dureza do aço 17-4PH a 350°C, com as alterações ao longo do tempo.É evidente que, à medida que o tempo de retenção aumenta,No início do tratamento de envelhecimento, o aumento da dureza é relativamente lento; após 6000 horas de envelhecimento, o aumento da dureza acelera;cerca de 9000 h de envelhecimento, a dureza atinge o seu pico; depois deste ponto, à medida que o tempo de envelhecimento continua a se prolongar, 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 indicam que, após um envelhecimento prolongado a 350°C, a resistência ao rendimento e à resistência à tração aumentam com o envelhecimento prolongado, enquanto a redução da área e o alongamento diminuem;As transições da superfície da fratura de estruturas finas para estruturas grosseirasO 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,e um grande número de fases G finas orientadas precipitam na matrizO comportamento de frágil do aço 17-4PH sob envelhecimento a longo prazo a 350°C foi estudado utilizando o método de impacto oscilográfico.O ensaio de impacto oscilográfico fornece várias informações transitórias sobre o tempo de energia, tempo de carga e tempo de deflexão do processo de deformação e fratura durante a fratura de impacto da amostra,que é essencial para compreender o comportamento de deformação e fratura de materiais sob condições de carga dinâmicaOs resultados mostram que o trabalho de iniciação de fissuras (Ei), o trabalho de propagação de fissuras (Ep), o trabalho deO trabalho total de impacto (Et) e a resistência à fractura dinâmica (KId) do aço 17-4PH diminuem com a extensão do tempo de envelhecimento a longo prazo a 350 °C

O tratamento térmico convencional do aço inoxidável 17-4PH envolve solução e envelhecimento.Estudos recentes demonstraram 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 deste tratamento de ajustamento é ajustar os pontos de transformação Ms e Mf do aço, por isso é também conhecido como tratamento de transformação de fase.Após adição do tratamento de ajustamento, a resistência ao impacto do material mais do que duplica na mesma solução e temperaturas de envelhecimento, e a sua resistência à corrosão também é significativamente melhorada.Yang Shiwei e colegas usaram métodos como imersão química, curvas de polarização, curvas de polarização cíclica,e impedância eletroquímica para estudar a resistência à corrosão do aço 17-4PH na água do mar artificial sob condições de envelhecimento de solução e solução + ajuste + envelhecimentoO estudo revelou 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 abertura aumentam.enquanto a taxa de corrosão anual diminui, melhorando significativamente a sua resistência à corrosão pela água do mar em comparação com as amostras envelhecidas diretamente.que são cruciais para manter uma boa resistência à corrosãoAlém disso, a estrutura da martensita torna-se mais fina, aumentando a uniformidade da microestrutura do material.As microestruturas após o envelhecimento em solução e solução + ajustamento + envelhecimento são mostradas na Figura

2É possível observar que a microestrutura após tratamento de ajuste tem limites de grãos mais claros, placas de martensita uniformemente finas e uma relação de orientação clara.A microstrutura após o envelhecimento da solução mostra placas de martensita grosseiras e uma grande quantidade de precipitados brancos nos limites dos grãosApós o tratamento de ajustamento, a estrutura martensítica herda "geneticamente" as características de miniaturização no estado ajustado.e os grãos compostos principalmente de martensita e austenita residual estão encapsulados neleEste tipo de estrutura está relacionada com a produção de austenita de transformação mais reversa no aço.

Muitos pesquisadores também estudaram os efeitos do ajuste do tempo de processamento e da temperatura.Os estudos revelaram que, embora os ajustamentos ao tempo e à temperatura tivessem um impacto limitado na microestrutura do material, osCom o aumento do tempo de ajuste, a estrutura da martensita tornou-se mais fina e uniforme.Mas a sua plasticidade e dureza diminuíram.Após o tratamento de ajuste a 816°C, à medida que a temperatura de envelhecimento aumentava, a resistência do material diminuiu gradualmente, enquanto a sua plasticidade e resistência aumentaram gradualmente.

Mecanismo de reforço de tratamento térmico de aço inoxidável 217-4PH.

Durante o tratamento da solução sólida do aço inoxidável martensítico 17-4PH, o cobre e o nióbio dissolvem-se nos grãos de austenita.Este processo resulta numa martensita supersaturada que contém cobre e nióbioDurante o processo de envelhecimento, os elementos supersaturados precipitam-se dos grãos, resultando num segundo reforço da matriz.Este é o principal mecanismo de reforço para o aço 17-4PH.

Diferentes processos de tratamento térmico podem produzir diferentes microestruturas e propriedades, mas o mecanismo de reforço é o mesmo: está relacionado com a precipitação de precipitados.Distribuição dos precipitados como ε-CuEm ligas endurecidas por precipitação, a resistência ao rendimento é determinada pelo efeito das fases de fortalecimento nas deslocações.Quando as partículas da fase de fortalecimento são extremamente finas e dispersas, eles formam uma camada densa que bloqueia as linhas de deslocamento, impedindo que elas passem através dessas partículas, aumentando assim a resistência de rendimento da liga e, finalmente, causando frágil.Por outro lado., quando as partículas da fase de reforço são maiores e menos densamente distribuídas, as deslocações podem contornar estas partículas de acordo com o mecanismo de Owrrone,Prevenção do bloqueio da linha de deslocamento e redução da resistência de rendimento da ligaÉ por isso que, no aço 17-4PH, quando há muitos 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 pouca ou nenhuma obstrução às deslocações, o que reduz a resistência de rendimento da liga.que são partículas muito finas que se tornam o núcleo da transformação inversa da austenita durante o temperamentoPortanto, quanto mais austenita residual na liga, mais a austenita de transformação inversa é gerada durante o envelhecimento.quando o teor de elementos que promovem a formação de martensita (como C) na liga diminui, enquanto o teor de elementos que estabilizam a austenita (como o N) é muito alto, mais austenita residual se formará após o apagamento e mais transformação inversa.,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 essencial desenvolver um processo de tratamento térmico razoável e controlar rigorosamente a quantidade de austenita de transformação reversa na microestrutura.A fase de reforço é a fase de reforço primária no aço 17-4PH. Nos últimos anos, a pesquisa sobre sua morfologia aumentou.especialmente na fábrica de turbinas de Harbin.Foi geralmente acreditado que "em todos os casos, ε-Cu é esférico".A Harbin Turbine Factory descobriu que as fases ε-Cu precipitadas da matriz martensítica são hastes curtas e lisas, enquanto os precipitados da austenita (austenita de transformação inversa) são esféricos.e a sua energia interfacial é muito baixa, resultando em fases esféricas de ε-Cu. Em contraste, a martensita tem uma rede cúbica centrada no corpo, que difere significativamente da rede cúbica centrada na face das fases ε-Cu,levando a uma energia de interfaça elevada e fases ε-Cu semelhantes a hastesZhang Hongbin et al. também estudaram a morfologia das fases ε-Cu no aço 17-4PH e descobriram que as fases ε-Cu precipitadas da matriz martensítica são quase esféricas.