PH από ανοξείδωτο χάλυβα

Οι ανοξείδωτοι χάλυβες που σκληρύνουν με μαρτενσιτική κατακρήμνιση είναι οι πιο δημοφιλείς ποιότητες PH σε ευρεία χρήση. Κατά τη διαδικασία θερμικής επεξεργασίας, αυτά τα κράματα έχουν συνήθως ωστενιτική δομή, αλλά όταν ψύχονται σε θερμοκρασία δωματίου, υφίστανται μετασχηματισμό που έχει ως αποτέλεσμα να ταιριάζουν περισσότερο με τα μαρτενσιτικά κράματα. Μερικές από τις πιο κοινές ποιότητες περιλαμβάνουν 17-4 (17% χρώμιο 4% νικέλιο), 13-8 (13% Cr 8% Ni) και 15-5 (15% Cr 5% Ni). Αυτές οι ποιότητες μπορούν να υποστούν θερμική επεξεργασία για υψηλή αντοχή, ενώ προσφέρουν εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση και δυνατότητα επεξεργασίας. Είναι όλα μαγνητικά.

Η ηλικιακή σκλήρυνση των μαρτενσιτικών βαθμών PH πραγματοποιείται για την επίτευξη συγκεκριμένων συνθηκών, όπως Κατάσταση H900, H1025, H1100 και H1150. Αυτές οι συνθήκες υποδεικνύουν τη θερμοκρασία της διαδικασίας σκλήρυνσης γήρανσης. Κάθε συνθήκη θα παράγει διαφορετικές μηχανικές ιδιότητες στο μέταλλο, αλλά η μηχανική ικανότητα και η αντοχή στη διάβρωση θα διαφέρουν επίσης μεταξύ τους. Οι μαρτενσιτικοί βαθμοί PH παρουσιάζουν επίσης πολύ καλή σταθερότητα διαστάσεων μετά τη σκλήρυνση κατά την ηλικία.

Η εγγενής αξία των ανοξείδωτων χάλυβα με PH έγκειται στην ευελιξία τους. Ενώ οι προαναφερθείσες ποιότητες έχουν αντοχή στη διάβρωση που πλησιάζει ή ανταποκρίνεται σε αυτή του ωστενιτικού ανοξείδωτου 304, οι συνθήκες σκληρύνσεως λόγω ηλικίας επιτρέπουν την προσαρμογή των μηχανικών ιδιοτήτων σε μια μεγάλη ποικιλία εφαρμογών. Αυτός είναι ο λόγος που η παραγωγή ποιοτήτων PH έχει αυξηθεί ριζικά τις τελευταίες δεκαετίες καθώς οι σχεδιαστές έμαθαν να εκμεταλλεύονται την προσαρμοστικότητα αυτού του υλικού.

Υπάρχουν επίσης κράματα σκλήρυνσης με ωστενιτική καθίζηση, τα οποία διατηρούν τη βασική τους ωστενιτική δομή ακόμη και μετά τη θερμική επεξεργασία. Αυτά τα κράματα συνήθως δεν είναι τόσο ισχυρά όσο οι άλλες δύο κατηγορίες, αλλά έχουν το πλεονέκτημα ότι είναι πλήρως ωστενιτικά. Ένα παράδειγμα αυτής της κατηγορίας είναι το A286, κατάλληλο για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή αντοχή και αντοχή στη διάβρωση έως 1300 βαθμούς F.

Ακολουθούν τα ημι-ωστενιτικά κράματα, τα οποία είναι ωστενιτικά στην κατάσταση ανόπτησης και μαρτενσιτικά στην κατάσταση σκληρυμένης ηλικίας. Αυτά τα κράματα εξακολουθούν να είναι αρκετά μαλακά για να υποβάλλονται σε ψυχρή επεξεργασία. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το 17-7 PH, το οποίο είναι κράμα με χρώμιο, νικέλιο και αλουμίνιο. Θεωρείται γενικά ως το πιο διαμορφώσιμο από τα κράματα σκλήρυνσης με καθίζηση, ενώ εξακολουθεί να παρουσιάζει εξαιρετική αντοχή και σκληρότητα. Για αυτούς τους λόγους διατίθεται κυρίως σε μορφή φύλλου. Παρουσιάζει επίσης ελάχιστη παραμόρφωση μετά από θερμική επεξεργασία.

Ο χαρακτηρισμός των ανοξείδωτων χάλυβων που έχουν σκληρυνθεί με καθίζηση βασίζεται στις τελικές μικροδομές τους μετά από θερμική επεξεργασία. Μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε τέσσερις διακριτές ομάδες όπως παρατίθενται και συζητούνται παρακάτω:

Ημιωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες PH
Κατά την ταχεία ψύξη από τη θερμοκρασία ανόπτησης σε θερμοκρασία δωματίου, οι ημι-ωστενιτικοί χάλυβες PH διατηρούν την ωστενιτική τους δομή. Αυτή η ιδιότητα προσδίδει ευνοϊκή σκληρότητα και ολκιμότητα για διεργασίες ψυχρής διαμόρφωσης, καθιστώντας τις προτιμότερες από τους μαρτενσιτικούς χάλυβες PH που τείνουν να είναι υπερβολικά σκληροί.
Για να προκληθεί σκλήρυνση και ενίσχυση, είναι απαραίτητος ένας αρχικός μετασχηματισμός από ωστενίτη σε μαρτενσίτη. Αυτό προετοιμάζει το υλικό για μεταγενέστερη επεξεργασία στη θερμοκρασία γήρανσης. Η θέρμανση ημιωστενιτικών χάλυβων PH στην περιοχή 650–870 μοιρών προκαλεί την καθίζηση καρβιδίων. Αυτή η διαδικασία μειώνει την παρουσία στοιχείων σταθεροποίησης του ωστενίτη στη μήτρα, επιτρέποντας τη μερική μετατροπή σε μαρτενσίτη κατά την ψύξη σε θερμοκρασία δωματίου. Ο μερικός μετασχηματισμός μαρτενσίτη μπορεί επίσης να επιτευχθεί με ψύξη κάτω από τη θερμοκρασία Ms (η αρχή του μετασχηματισμού μαρτενσίτη) ή μέσω ψυχρής επεξεργασίας.
Κατά συνέπεια, η ενίσχυση ημιωστενιτικών ανοξείδωτων χάλυβων με PH περιλαμβάνει μια προσέγγιση δύο φάσεων ή δύο σταδίων. Μετά την αρχική επεξεργασία που ευνοεί το σχηματισμό μαρτενσίτη, η δεύτερη φάση περιλαμβάνει έκθεση στη θερμοκρασία γήρανσης των 455–593 βαθμών. Αυτή η έκθεση οδηγεί σε καθίζηση, με αποτέλεσμα τη σκληρότητα και τη συνολική ενίσχυση.

Ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες PH
Τα ωστενιτικά κράματα διατηρούν τις ωστενιτικές δομές τους μέσω της ανόπτησης και της επακόλουθης σκλήρυνσης μέσω της γήρανσης. Στη θερμοκρασία ανόπτησης των 1.095–1.120 βαθμών, η φάση σκλήρυνσης της καθίζησης διαλύεται και παραμένει σε διάλυμα κατά την ταχεία ψύξη. Όταν αυτά τα κράματα επαναθερμαίνονται εντός της περιοχής από 650 έως 760 μοίρες, εμφανίζεται κατακρήμνιση, με αποτέλεσμα αυξημένη σκληρότητα και αντοχή. Συγκεκριμένα, η σκληρότητα των ωστενιτικών κραμάτων παραμένει χαμηλότερη από αυτή των αντίστοιχων μαρτενσιτικών ή ημιωστενιτικών και αυτά τα κράματα διατηρούν τις μη μαγνητικές τους ιδιότητες.

Συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα PH
Κατά τη διάρκεια των εργασιών συγκόλλησης, η θερμότητα που εισάγεται θα προκαλέσει αναπόφευκτα περιοχές κατεργασμένου με διάλυμα ή ανόπτησης βασικού μετάλλου. Για να επιτευχθεί η επιθυμητή σκληρότητα σε αυτές τις ζώνες, μπορεί να είναι απαραίτητες θερμικές επεξεργασίες μετά τη συγκόλληση, οι οποίες περιλαμβάνουν είτε μια απλή είτε διπλή προσέγγιση θερμικής επεξεργασίας. Συνιστάται να αναζητήσετε καθοδήγηση από τον παραγωγό χάλυβα ή να συμβουλευτείτε τη σχετική βιβλιογραφία για συνιστώμενες πρακτικές συγκόλλησης και επακόλουθα πρωτόκολλα επεξεργασίας ειδικά για τον συγκεκριμένο βαθμό PH.
Τα λεπτότερα τμήματα από ανοξείδωτο χάλυβα με PH γενικά δεν απαιτούν προθέρμανση πριν από τη συγκόλληση. Οι ποιότητες μαρτενσιτικού PH, που διακρίνονται για χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα, δεν υφίστανται πλήρη σκλήρυνση παρόμοια με τους μαρτενσιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες όπως ο Τύπος 410.
Σε περιπτώσεις συγκολλήσεων μονής διέλευσης, τόσο το μέταλλο συγκόλλησης όσο και οι ζώνες που επηρεάζονται από τη θερμότητα τείνουν να ανταποκρίνονται ομοιόμορφα στις επεξεργασίες σκλήρυνσης με καθίζηση μετά τη συγκόλληση. Ωστόσο, οι συγκολλήσεις πολλαπλών διελεύσεων εμφανίζουν λιγότερη ομοιομορφία. Αυτό οδηγεί σε αξιοσημείωτες παραλλαγές στη δομή του βασικού μετάλλου, στις ζώνες που επηρεάζονται από τη θερμότητα και στο μέταλλο συγκόλλησης. Η ανόπτηση μετά τη συγκόλληση προάγει μια πιο συνεπή δομή, επιτρέποντας ομοιόμορφη απόκριση στις επακόλουθες επεξεργασίες σκλήρυνσης με καθίζηση.
Για παράδειγμα, κατά τη συγκόλληση μιας πλάκας PH 17-4 με πάχος κάτω των τεσσάρων ιντσών, η προθέρμανση δεν είναι υποχρεωτική, αλλά συνήθως καθορίζονται θερμοκρασίες ενδιάμεσης διέλευσης έως 150 μοίρες. Για πάχη πλακών PH 17-4 που υπερβαίνουν τις τέσσερις ίντσες, η προθέρμανση στους 95 βαθμούς και η διατήρηση θερμοκρασίας διαπερατότητας 95–260 μοιρών συχνά κρίνεται απαραίτητη για πολλές εφαρμογές. Κατά τη συγκόλληση 17-4 PH χρησιμοποιώντας γυμνό σύρμα ER630, χρησιμοποιήστε αργό για συγκόλληση GMAW ή ήλιο ή αέριο αργό για συγκόλληση GTAW.

Μαρτενσιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες PH
Τα μαρτενσιτικά κράματα, ειδικότερα, εμφανίζουν κυρίως ωστενιτικές δομές σε θερμοκρασίες ανόπτησης που κυμαίνονται από περίπου 1.040 έως 1.065 βαθμούς. Κατά την ψύξη σε θερμοκρασία δωματίου, αυτά τα κράματα υφίστανται μια διαδικασία μετασχηματισμού που μετατρέπει τη δομή του ωστενίτη σε μαρτενσίτη. Η γρήγορη ψύξη σε αέρα ή λάδι μετά από αυτή τη φάση διατηρεί την παρουσία πρόσθετων όπως ο χαλκός και το κολόμβιο μέσα στο στερεό διάλυμα σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος. Σε ένα διάστημα θερμοκρασίας περίπου 150 βαθμών έως τη θερμοκρασία δωματίου, εμφανίζεται ένας μετασχηματισμός από ωστενίτη σε μαρτενσίτη. Όταν το εξαιρετικά υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα στη μήτρα μαρτενσίτη επαναθερμαίνεται στη θερμοκρασία γήρανσης από 482 βαθμούς έως 593 βαθμούς, τα λεπτά σωματίδια καθιζάνουν, οδηγώντας σε αυξημένη σκληρότητα και αντοχή.

Όχι. Η σκλήρυνση με κατακρήμνιση και η σκλήρυνση σχετίζονται αλλά είναι ξεχωριστές διαδικασίες στην επιστήμη των υλικών. Η σκλήρυνση είναι ένας γενικός όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη διαδικασία κατασκευής ενός υλικού, συνήθως ενός μετάλλου ή ενός κράματος, πιο σκληρού αλλάζοντας τη μικροδομή του μέσω διαφόρων μεθόδων. Αυτό συχνά περιλαμβάνει θέρμανση του υλικού σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και στη συνέχεια ταχεία ψύξη του, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε αλλαγές στην κρυσταλλική δομή και στις μηχανικές του ιδιότητες. Η σκλήρυνση μπορεί επίσης να περιλαμβάνει την εισαγωγή ορισμένων στοιχείων κράματος στο υλικό. Η σκλήρυνση μπορεί να επιτευχθεί μέσω διεργασιών όπως σβήσιμο και σκλήρυνση σε χάλυβα, κατά τις οποίες το υλικό θερμαίνεται και στη συνέχεια ψύχεται γρήγορα (σβήνεται) για να κλειδώσει σε σκληρυμένη κατάσταση, ακολουθούμενη από ελεγχόμενη αναθέρμανση (σκλήρυνση) για να επιτευχθεί ισορροπία μεταξύ σκληρότητας και σκληρότητας.

Η σκλήρυνση με καθίζηση, από την άλλη πλευρά, είναι ένας συγκεκριμένος τύπος διαδικασίας σκλήρυνσης που περιλαμβάνει τον σχηματισμό λεπτώς διασκορπισμένων ιζημάτων εντός της μικροδομής του υλικού. Αυτά τα ιζήματα, συχνά σε νανοκλίμακα, συμβάλλουν σε αυξημένη αντοχή και σκληρότητα. Η διαδικασία τυπικά περιλαμβάνει στάδια όπως επεξεργασία διαλύματος (θέρμανση για διάλυση κραματικών στοιχείων), σβήσιμο (ταχεία ψύξη για παγίδευση αυτών των στοιχείων στο διάλυμα) και γήρανση (ελεγχόμενη αναθέρμανση για να επιτραπεί ο σχηματισμός ιζημάτων). Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται συνήθως σε ορισμένους ανοξείδωτους χάλυβες, κράματα αλουμινίου και άλλα υλικά για την επίτευξη προσαρμοσμένων μηχανικών ιδιοτήτων.