معرفة

الفولاذ المقاوم للصدأ 17-4PH (ASTM) هو فولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيتي مُصلد بالترسيب، وهو مُعادل للمعيار الوطني 05Cr17Ni4Cu4Nb. يتميز هذا النوع من الفولاذ المقاوم للصدأ بانخفاض نسبة الكربون، وارتفاع نسبة النيكل والكروم، وقابلية لحام جيدة، ومقاومة ممتازة للتآكل. في الوقت نفسه، يتميز هذا الفولاذ بمحتوى عالٍ نسبيًا من عناصر السبائك، مثل النحاس والنيكل. هذه العناصر قادرة على الترسيب وإطالة عمر مراحل التصلب، مثل: ε-Cu وNbC وM23C6 أثناء المعالجة الحرارية، مما يمنح المادة قوة وصلابة عاليتين. بفضل هذه المزايا، يُستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي المُصلَّى بالترسيب 17-4PH على نطاق واسع في صناعات الطيران والكيميائية والنووية، وغيرها. ترتبط الخواص الميكانيكية للفولاذ المقاوم للصدأ المتصلِّب بالترسيب ارتباطًا وثيقًا بحالة المعالجة الحرارية. عملية المعالجة الحرارية التقليدية للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي المُصلَّى بالترسيب 17-4PH هي المعالجة بالمحلول + المعالجة بالتقادم، مما يُحسِّن القوة والصلابة ومقاومة التآكل من خلال تعديل البنية الدقيقة والتحكم في المراحل المترسبة. حاليًا، يُعد البحث في عملية المعالجة الحرارية للفولاذ المقاوم للصدأ 17-4PH ناضجًا تمامًا. تُلخِّص هذه المقالة وتُصِف بإيجاز أداء الفولاذ المقاوم للصدأ وآلياته تحت عمليات المعالجة الحرارية المختلفة. ​​​​​​​

 

المعالجة الحرارية للفولاذ المقاوم للصدأ 17-4PH

نقطة تحول مارتنسيت الأولية للفولاذ المقاوم للصدأ 17-4PH أعلى من درجة حرارة الغرفة. بعد المعالجة بالمحلول، تتكون بنية المصفوفة بشكل أساسي من مارتنسيت، وتتميز بمتانة عالية جدًا. يمكن لمعالجات التقادم المختلفة القائمة على المعالجة بالمحلول أن تزيد من متانة المادة لتلبية احتياجات الإنتاج المختلفة.

التركيب الكيميائي للفولاذ المقاوم للصدأ 17-4PH (الكسر الكتلي، %) هو: ≤0.07C، ≤1.00 مليون ≤1.00سيليكون، ≤0.023P، ≤0.03S، 15.50 - 17.50Cr، 3.00 - 5.00Ni، 3.00 - 5.00Cu، 0.15 - 0.45Nb. عناصر التصلب بالترسيب الرئيسية هي النحاس والنيوبيوم، وبعضها الألومنيوم والتيتانيوم، إلخ. تتم عملية التقوية من خلال الاستفادة من ذوبان هذه العناصر. عند تسخين الفولاذ المقاوم للصدأ 17-4PH إلى درجة حرارة الأوستينيت، ونظرًا لذوبان عناصر التقوية الكبيرة في الأوستينيت وذوبانها المنخفض في المارتنسيت، عند تبريده إلى درجة حرارة المارتنسيت، يتم الحصول على بنية مارتنسيت من النحاس والنيوبيوم فائق التشبع. يتميز المارتنسيت نفسه بقوة وصلابة عالية، مما يحقق درجة معينة من التقوية. بعد المعالجة بالشيخوخة، تترسب عناصر النحاس والنيوبيوم وعناصر أخرى مذابة في بنية المصفوفة، مما يزيد من تقوية المادة. لذلك، من الممكن تلبية متطلبات الأداء المختلفة من خلال عمليات المعالجة الحرارية المختلفة.

 

1.1 علاج الحل:

المعالجة بالمحلول عملية معالجة حرارية أساسية لفولاذ 17-4PH. أثناء المعالجة بالمحلول، يجب أن تضمن درجة حرارة التسخين ذوبان عناصر الكربون والسبائك في الفولاذ تمامًا في الأوستينيت، ولكن لا ينبغي أن تكون مرتفعة جدًا. تبلغ قيمة Ac1 لفولاذ 17-4PH حوالي 670.°ج، Ac3 حوالي 740°ج، السيدة هي 80-140°C، وMf تقريبًا 32°ج. لذلك، فإن درجة حرارة معالجة المحلول الموصى بها في المعيار هي 1020-1060°ج. درجات حرارة المعالجة المختلفة للمحلول تؤدي إلى اختلاف في البنية الدقيقة النهائية وخصائصها. درس تشاو ليبينغ ودو دامينغ وآخرون البنية الدقيقة وخصائص فولاذ 17-4PH عند درجات حرارة معالجة مختلفة للمحلول، باختيار 1000°ج، 1040°ج، و 1080°ج. وجد البحث أن صلابة العينة كانت أعلى بعد المعالجة بالمحلول عند 1040°ج. يعود ذلك إلى أنه عند انخفاض درجة حرارة المعالجة بالمحلول، يكون الأوستينيت الناتج عن التسخين غير متجانس، وتكون كربيدات السبائك المذابة قليلة أيضًا، مما يؤدي إلى انخفاض صلابة المارتنسيت بعد الإخماد. أما عند ارتفاع درجة حرارة المعالجة بالمحلول، فتصبح حبيباته خشنة من جهة، ويذوب الكثير من كربيدات السبائك في الأوستينيت من جهة أخرى، مما يزيد من ثبات الأوستينيت ويخفض نقطة تحول المارتنسيت. وبالتالي، تنخفض كمية المارتنسيت وتزداد كمية الأوستينيت المحتفظ بها بعد الإخماد، مما يقلل من صلابته. في الوقت نفسه، قد تؤدي درجات حرارة التسخين المرتفعة جدًا إلى وجود كمية كبيرة نسبيًا من الفريت في البنية المجهرية المعالجة بالمحلول، مما يؤثر على تأثير التقوية النهائي. لذلك، يجب اختيار درجة حرارة المعالجة بالمحلول بشكل معقول لضمان الخصائص المطلوبة. بما أن فولاذ 17-4PH يحتوي على عناصر مثل الكروم والنيكل، فيمكن الحصول على المارتنسيت عن طريق التبريد الهوائي. ومع ذلك، لتحقيق بنية دقيقة أدق بعد المعالجة بالمحلول، وتحسين تأثيرات التقوية، وتحسين اللدونة والمتانة، يُستخدم التبريد بالزيت غالبًا في الإنتاج الفعلي. تتكون البنية الدقيقة بعد المعالجة بالمحلول من مارتنسيت منخفض الكربون يحتوي على نحاس ونيوبيوم مشبعين. في بعض الأحيان، قد تبقى كمية صغيرة من الأوستينيت والفيريت بسبب عدم كفاية التبريد أو درجات حرارة التسخين العالية جدًا.

 

1.2 علاج الشيخوخة: 

يجب تحديد معالجة شيخوخة الفولاذ 17-4PH بناءً على متطلبات الأداء، بما في ذلك درجة حرارة التسخين ومدة التماسك. تشير الأبحاث إلى أنه بعد المعالجة بالمحلول عند 1040°ج، يخضع الهيكل المارتنسيتي للفولاذ 17-4PH للمعالجة الحرارية ويترسب باستمرار مع ارتفاع درجة حرارة الشيخوخة. عند 450°ج، النحاس، النيوبيوم، ورواسب أخرى تكونت بالفعل. عندما تصل درجة حرارة التعتيق إلى 470-480 درجة مئوية،°ج- تكون الرواسب داخل الحبيبات دقيقة وموزعة بالتساوي، وتكون صلابة المادة في ذروتها. مع زيادة درجة حرارة التقادم، تنخفض الصلابة والقوة، بينما تتحسن اللدونة والمتانة. ونظرًا لتشابه أنماط التباين في الصلابة والقوة، يجب التحكم بدقة في درجة حرارة التقادم للأجزاء ذات المتطلبات الواضحة للصلابة والقوة لتلبية متطلبات التطبيق. تتشابه أنماط التباين في القوة واللدونة أثناء عملية تقادم فولاذ 17-4PH مع أنماط تباين الفولاذ المقاوم للصدأ المُصلد بالترسيب 0Cr15Ni5Cu2TiC. تقادم فولاذ 17-4PH عند درجات حرارة أعلى من 510°يُعتبر C شيخوخة زائدة. درس هو كاي وآخرون متانة فولاذ 17-4PH للصدمات أثناء الشيخوخة الزائدة. أشارت الدراسة إلى أنه مع ارتفاع درجة حرارة الشيخوخة، تتحسن متانة المادة تدريجيًا. لضمان الترسيب الكامل للرواسب وتأثير الشيخوخة، لا يقل زمن التماسك عند درجة حرارة الشيخوخة عادةً عن 4 ساعات، ويمكن استخدام التبريد الهوائي بعد التماسك. عند نفس درجة حرارة الشيخوخة، تؤدي أزمنة التماسك المختلفة إلى خصائص نهائية مختلفة. يوضح الشكل 1 منحنى التباين في الصلابة مع زمن الشيخوخة لفولاذ 17-4PH عند درجة حرارة شيخوخة 350.°ج. يُلاحظ أنه مع زيادة زمن التماسك، تزداد صلابة العينة باستمرار. في المرحلة المبكرة من معالجة الشيخوخة، تزداد صلابة العينة ببطء نسبيًا؛ وبعد 6000 ساعة من الشيخوخة، تزداد صلابتها بسرعة؛ وبعد حوالي 9000 ساعة من الشيخوخة، تصل صلادة العينة إلى أقصى قيمة لها؛ وبعد ذلك، مع استمرار زيادة زمن الشيخوخة، تبدأ الصلابة في الانخفاض بسرعة. أجرى بنغ يان هوا وآخرون دراسة مفصلة حول العلاقة بين الشيخوخة طويلة الأمد وخصائص الشد لفولاذ 17-4PH. أظهرت النتائج أنه بعد الشيخوخة طويلة الأمد عند 350°ج- مع زيادة مدة التعتيق، تزداد قوة الخضوع ومقاومة الشد، بينما يتناقص انكماش المساحة والاستطالة؛ ويتغير سطح الكسر من غمازات دقيقة إلى غمازات خشنة. كما وجدت الدراسة أنه بعد التعتيق طويل الأمد، يتغير التركيب الدقيق لفولاذ 17-4PH، ويبدأ التحلل الشوكي عند حدود الحبيبات، ويترسب... εتنمو جسيمات النحاس تدريجيًا، وتنتج كمية صغيرة من أوستينيت التحويل العكسي. مع زيادة زمن التعتيق، ينتقل التحلل الشوكي تدريجيًا من حدود الحبيبات إلى داخلها، ويترسب عدد كبير من أطوار G الدقيقة الموجهة في المصفوفة، بينما تبقى بنية المصفوفة على شكل مارتنسيت شبكي. استخدم وانغ جون وآخرون طريقة تأثير راسم الذبذبات لدراسة سلوك هشاشة الفولاذ 17-4PH أثناء التعتيق طويل الأمد عند درجة حرارة 350 درجة مئوية.°ج. يمكن لاختبار الصدم باستخدام راسم الذبذبات أن يوفر معلومات مؤقتة متنوعة، مثل زمن الطاقة، وزمن الحمل، وزمن الانحراف، أثناء عملية كسر العينة بالصدمة، مما يوفر ظروفًا لفهم أعمق لسلوك التشوه والكسر للمواد تحت الحمل الديناميكي. أشارت الأبحاث إلى أنه خلال فترة التعتيق الطويلة عند 350°ج، تنخفض طاقة بدء التشقق (Ei)، وطاقة انتشار التشقق (Ep)، وطاقة الصدم الكلية (Et)، ومتانة الكسر الديناميكي (KId) لفولاذ 17-4PH مع زيادة مدة التقادم. هذا يشير إلى أنه بعد التقادم طويل الأمد، تنخفض متانة المادة ويحدث التقصف.

 

1.3 معالجة التعديل:

المعالجة الحرارية التقليدية للفولاذ المقاوم للصدأ 17-4PH هي المعالجة بالمحلول متبوعةً بالتقادم. وقد أظهرت الأبحاث الحديثة أن إجراء معالجة تعديل قبل التقادم يؤدي إلى تغير كبير في الخصائص الميكانيكية للمادة ومقاومتها للتآكل. والغرض من معالجة التعديل هو ضبط نقاط تحول مارتنسيت Ms وMf للفولاذ، ولذلك تُسمى أيضًا معالجة تحويل الطور. بعد إضافة معالجة التعديل، وبنفس درجات حرارة المحلول والتقادم، تزداد متانة المادة للصدمات بأكثر من الضعف، كما تتحسن مقاومتها للتآكل بشكل ملحوظ. درس يانغ شيوي وآخرون مقاومة فولاذ 17-4PH للتآكل في مياه البحر الاصطناعية في حالة التقادم المباشر بعد المعالجة بالمحلول وفي حالة المحلول + التعديل + التقادم، وذلك باستخدام الغمر الكيميائي، ومنحنيات الاستقطاب، ومنحنيات الاستقطاب الدوري، والممانعة الكهروكيميائية. وأظهر البحث أنه بعد معالجة التعديل، تزداد إمكانية التآكل الذاتي وإمكانية التآكل النقطي للفولاذ المقاوم للصدأ 17-4PH، وينخفض ​​معدل التآكل السنوي. مقاومة تآكل مياه البحر أعلى بكثير من مقاومة عينة الشيخوخة المباشرة. والسبب هو أنه بعد معالجة التعديل ثم الشيخوخة، يمكن تجنب تكوين مناطق مستنفدة من الكروم بشكل فعال، والكروم هو المفتاح لضمان مقاومة جيدة للتآكل للمعادن. في الوقت نفسه، يصبح هيكل المارتنسيت ناعمًا، ويتحسن تجانس البنية الدقيقة للمادة. تظهر البنى الدقيقة بعد الشيخوخة المباشرة بعد معالجة المحلول وبعد المحلول + التعديل + الشيخوخة في الشكل 2. يمكن ملاحظة أن البنية الدقيقة بعد معالجة التعديل لها محيط حبيبات أكثر وضوحًا، وشرائح مارتنسيت دقيقة وموحدة، وعلاقة اتجاه واضحة. تحتوي البنية الدقيقة بعد الشيخوخة المباشرة بعد معالجة المحلول على شرائح مارتنسيت خشنة، ويتم توزيع كمية كبيرة من الأطوار البيضاء المترسبة على طول حدود الحبيبات. بعد معالجة التعديل والتقادم، يرث هيكل المارتنسيت الخصائص الدقيقة لحالة معالجة التعديل، وتترابط حدود الحبيبات في شبكة تُحيط بالحبيبات المكونة أساسًا من المارتنسيت والأوستينيت المُحتفظ به. يرتبط هذا الهيكل الدقيق بتكوين المزيد من أوستينيت التحويل العكسي في الفولاذ.

 

قام العديد من الباحثين أيضًا بدراسة وقت ودرجة حرارة معالجة التعديل. ووجد البحث أن وقت ودرجة حرارة التعديل ليس لهما تأثير كبير على مورفولوجيا البنية الدقيقة للمادة. ومع ذلك، مع زيادة وقت التعديل، يصبح هيكل المارتنسيت أدق وأكثر تناسقًا؛ ومع ارتفاع درجة حرارة معالجة التعديل، تزداد قوة المادة تدريجيًا، بينما تنخفض لدونتها ومتانتها تدريجيًا؛ بعد معالجة التعديل عند 816 ℃مع ارتفاع درجة حرارة الشيخوخة، تنخفض قوة المادة تدريجيًا، بينما تزداد مرونتها ومتانتها تدريجيًا.

 

تتمتع شركة فيجور بخبرة واسعة في إنتاج 17-4PH والمعالجة اللاحقة. إذا كانت لديكم أي استفسارات أو طلبات أو تحتاجون إلى تطوير أجزاء جديدة من مصبوبات الحديد المطاوع أو تحسين سلسلة التوريد الخاصة بكم، فلا تترددوا في التواصل معنا. at info@castings-forging.com