L'acier inoxydable 17-4PH (ASTM) est un acier inoxydable à durcissement par précipitation martensitique, équivalent à la norme nationale 05Cr17Ni4Cu4Nb.Ce type d'acier inoxydable a une faible teneur en carbone et une teneur élevée en Ni et CrEn outre, l'acier contient des niveaux plus élevés d'éléments d'alliage tels que Cu et Nb.Ces éléments alliants peuvent précipiter des phases de durcissement par vieillissement comme l'e-CuEn raison de ces avantages, l'acier inoxydable à durcissement par précipitation martensitique 17-4PH est largement utilisé dans l'aviation,l'aérospatialeLes propriétés mécaniques de l'acier inoxydable durci par précipitation sont fortement influencées par son état de traitement thermique.Le procédé de traitement thermique conventionnel de l'acier inoxydable à durcissement par précipitation martensitique 17-4PH implique un traitement par solution suivi d'un vieillissement., qui améliore la résistance, la dureté et la résistance à la corrosion en ajustant la microstructure et en contrôlant la précipitation des phases.La recherche sur les procédés de traitement thermique de l'acier inoxydable 17-4PH est assez matureCet article résume et décrit brièvement les performances et les mécanismes de différents procédés de traitement thermique.

Traitement thermique de l'acier inoxydable 17-4PH

Le point de transformation de la martensite dans l'acier inoxydable 17-4PH est supérieur à la température ambiante.et sa force a été très élevéeUn traitement différent de vieillissement sur la base d'un traitement par solution peut améliorer la résistance du matériau et répondre aux besoins de diverses pratiques de production.

La composition chimique (en fraction de masse,%) de l'acier inoxydable 17-4PH est: ≤ 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. Les principaux éléments de durcissement par précipitation sont le cuivre et le niobium, dont certains incluent également l'aluminium et le titane.Le processus de renforcement est réalisé en utilisant la solubilité de ces éléments.Lorsque l'acier inoxydable 17-4PH est chauffé à la température de l'austénite, en raison de sa plus grande solubilité dans l'austénite et de sa plus faible solubilité dans la martensite, il est possible de le chauffer à la température de l'austénite.il forme une structure martensitique sursaturée avec du cuivre et du niobium après refroidissement à la température de la martensiteLa martensite elle-même a une résistance et une ténacité élevées, ce qui permet d'atteindre un certain degré de renforcement.le cuivre et le niobium sursaturés dissous dans la matrice précipitentPar conséquent, différents procédés de traitement thermique peuvent être utilisés pour répondre à diverses exigences de performance.

1. Traitement par solution solide Le traitement par solution solide est un procédé de traitement thermique essentiel pour l'acier 17-4PH.la température de chauffage doit assurer que le carbone et les éléments alliants de l'acier se dissolvent complètement en austéniteL'Ac1 de l'acier 17-4PH est d'environ 670°C, l'Ac3 est d'environ 740°C, Ms est d'environ 80-140°C et Mf est d'environ 32°C.la norme recommande une température de traitement de la solution solide de 1020 à 1060°C. Différentes températures de solution solide donnent lieu à différentes microstructures et propriétés.a étudié la microstructure et les propriétés de l'acier 17-4PH à différentes températures de solution solide, en sélectionnant des températures de traitement de 1000,1040L'étude a révélé qu'après un traitement à 1040°C, la dureté de l'échantillon était la plus élevée.l'austénite obtenue par chauffage est inégale, et les carbures d'alliage dissous sont minimes, ce qui entraîne une dureté de martensite inférieure après étanchement; lorsque la température de la solution solide est élevée, d'une part, les grains deviennent plus grossiers,et d'autre part, trop de carbures d'alliage se dissolvent en austénite, ce qui augmente la stabilité de l'austénite et abaisse le point de transformation de la martensite.la quantité de martensite diminue après éteinteEn outre, des températures de chauffage trop élevées peuvent introduire une teneur plus élevée en ferrite dans la structure de solution solide,affectant l'effet de renforcement finalPar conséquent, il est essentiel de choisir la température de solution solide appropriée pour assurer les propriétés souhaitées.il peut former de la martensite lorsqu'il est refroidi à l'airCependant, pour obtenir une solution solide plus fine après trempage et de meilleurs effets de renforcement, ainsi qu'une meilleure ductilité et ténacité, le refroidissement à l'huile est couramment utilisé dans la production réelle.La microstructure après traitement par solution est constituée de plaques bainitiques à faible teneur en carbone contenant du cuivre et du niobium sursaturés.Parfois, en raison d'un étanchéité insuffisante ou de températures de chauffage excessivement élevées, il peut y avoir une petite quantité de résidus d'austénite et de ferrite.

1Traitement de vieillissement de l'acier 17-4PH: Le traitement de vieillissement de l'acier 17-4PH doit être déterminé en fonction des performances requises, en spécifiant les températures de chauffage et les temps de rétention.Des études ont montré qu'après traitement par solution à 1040°CLa température de vieillissement augmente, les structures martensitiques subissent un trempage et les précipitations se forment continuellement.les précipitations sont fines et uniformément réparties dans les grainsÀ mesure que la température de vieillissement continue d'augmenter, la dureté et la résistance diminuent tandis que la ductilité et la ténacité augmentent.Puisque les changements de dureté et de résistance suivent des modèles similaires, les pièces ayant des exigences spécifiques en matière de dureté et de résistance doivent contrôler strictement la température de vieillissement pour répondre aux exigences d'utilisation.La relation entre la résistance et la ductilité pendant le processus de vieillissement de l'acier 17-4PH est similaire à celle de l'acier inoxydable 0°Cr15Ni5Cu2TiC durci par précipitationL'âge supérieur à 510°C dans l'acier 17-4PH est considéré comme trop vieux.la résistance au choc du matériau s'améliore progressivementPour assurer une précipitation adéquate des précipités et un vieillissement efficace, le temps de conservation à la température de vieillissement est généralement d'au moins 4 heures, suivi d'un refroidissement à l'air.Sous la même température de vieillissementLa figure 1 montre la courbe de dureté de l'acier 17-4PH à une température de vieillissement de 350°C au fil du temps.On peut observer qu'à mesure que la durée de conservation augmente,Au début du traitement du vieillissement, l'augmentation de la dureté de l'échantillon est relativement lente; après un vieillissement de 6 000 heures, la dureté de l'échantillon augmente de façon continue.la dureté des échantillons augmente plus rapidementLa dureté atteint sa valeur maximale vers 9 000 h; par la suite, avec l'allongement du temps de vieillissement, la dureté commence à diminuer rapidement.a mené une étude détaillée sur la relation entre le vieillissement à long terme et les propriétés de traction de l'acier 17-4PHLes résultats montrent qu'après un vieillissement prolongé à 350°C, avec l'augmentation du temps de vieillissement, la résistance au rendement et à la traction augmentent, tandis que les taux de réduction et d'allongement diminuent;la surface de la fracture passe d'un trou ductile fin à un trou ductile grossierL'étude a également révélé qu'après un vieillissement à long terme, la microstructure de l'acier 17-4PH change, la décomposition spinodale commençant aux limites du grain, et la décomposition des spino-et les particules de ε-Cu précipitées grandissent progressivementAu fur et à mesure que le temps de vieillissement s'étend, la décomposition spinodal se déplace progressivement des limites des grains vers l'intérieur des grains,avec un grand nombre de phases G fines orientées précipitées dans la matriceWang Jun et al. ont utilisé la méthode d'impact oscillographique pour étudier le comportement de fragilité de l'acier 17-4PH sous vieillissement à long terme à 350 °C.Les essais d'impact oscillographiques peuvent fournir diverses informations transitoires au cours du temps d'énergie., temps de charge et temps de déviation des étapes de la fracture d'impact de l'échantillon, offrant des informations sur le comportement de déformation et de fracture des matériaux dans des conditions de charge dynamique.Les résultats montrent que l'énergie d'initiation des fissures (Ei)L'énergie de propagation des fissures (Ep), l'énergie totale d'impact (Et) et la résistance à la fracture dynamique (KId) de l'acier 17-4PH diminuent avec l'allongement du temps de vieillissement à 350 °C.

1.3 Traitement d'ajustement Le traitement thermique conventionnel de l'acier inoxydable 17-4PH est la solution + vieillissement.la recherche a révélé que l'exécution d'un traitement d'ajustement avant le vieillissement peut modifier de manière significative les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion du matériauLe traitement d'ajustement a pour but d'ajuster les points de transformation de la martensite Ms et Mf de l'acier, il est donc également appelé traitement de transformation de phase.Après ajout du traitement de réglage, pour la même solution et les mêmes températures de vieillissement, la résistance aux chocs du matériau augmentera de plus d'un fois, et sa résistance à la corrosion sera également considérablement améliorée.Yang Shiwei et autres. utilisés pour l'immersion chimique, les courbes de polarisation, les courbes de polarisation cyclique,méthodes d'impédance électrochimique pour étudier la résistance à la corrosion de l'acier 17-4PH dans l'eau de mer artificielle dans des conditions de vieillissement direct après solution et solution + ajustement + vieillissementL'étude a montré qu'après un traitement d'ajustement suivi d'un vieillissement de l'acier inoxydable 17-4PH, le potentiel d'autocorrosion et le potentiel de corrosion par creusement augmentent.tandis que le taux de corrosion annuel diminueLa raison en est qu'après un traitement d'ajustement suivi d'un vieillissement, l'acier 17-4PH est transformé en acier à base d'un acier à base d'un acier à base d'acier.il évite efficacement la formation de zones pauvres en chromeEn outre, la structure de la martensite devient plus fine, ce qui améliore l'uniformité de la microstructure du matériau.Les microstructures après solution et vieillissement direct, ainsi que la solution + réglage + vieillissement, sont illustrées à la figure 2. On peut voir que la microstructure après traitement de réglage a des limites de grains plus claires, des plaques de martensite uniformément fines,et des relations d'orientation clairesEn revanche, la microstructure après solution et vieillissement direct présente des plaques de martensite grossières avec de nombreux précipités blancs répartis le long des bordures des grains.la structure martensitique "hérite" des caractéristiques du traitement de réglage finLes limites des grains sont reliées en un réseau, et les grains principalement composés de martensite et d'austénite résiduelle y sont encapsulés.Ce type de microstructure est liée à la production d'austénite de transformation inverse dans l'acier.

De nombreux chercheurs ont également étudié les effets de l'ajustement du temps et de la température du traitement.Les résultats de la recherche montrent que l'ajustement du temps et de la température n'affecte pas de manière significative la morphologie de la microstructure du matériauCependant, au fur et à mesure que le temps d'ajustement augmente, la structure martensitique devient plus fine et plus uniforme; avec l'augmentation de la température de traitement, la résistance du matériau augmente progressivement.tandis que sa ductilité et sa ténacité diminuent progressivementAprès un traitement de réglage à 816°C, la résistance du matériau diminue progressivement à mesure que la température de vieillissement augmente, tandis que sa ductilité et sa ténacité augmentent progressivement.

2.17-4PH mécanisme de renforcement par traitement thermique en acier inoxydable

Dans le processus de solution solide de l'acier inoxydable martensitique 17-4PH, des éléments tels que le cuivre et le niobium se dissolvent dans les grains d'austénite.le cuivre sursaturé et la martensite de niobium se formentEnsuite, pendant le processus de vieillissement, les éléments de cuivre et de niobium sur-saturés précipitent des grains, ce qui conduit à un second renforcement de la matrice.C'est aussi la principale méthode de renforcement pour l'acier 17-4PH.

Différents procédés de traitement thermique peuvent produire des microstructures et des propriétés différentes, mais les mécanismes de renforcement sont tous les mêmes, ce qui est lié à la précipitation des précipités.La répartition des précipitats tels que l'é-CuLa résistance au rendement des alliages durcis par précipitation est déterminée par l'effet des phases de renforcement sur les dislocations.Lorsque les particules de phase de renforcement sont extrêmement fines et dispersées avec une distribution dense, les lignes de dislocation seront bloquées et incapables de traverser ces particules, augmentant ainsi la résistance au rendement de l'alliage et provoquant finalement la fragilité.Lorsque les particules de phase de renforcement sont plus grandes et peu réparties, les dislocations peuvent contourner ces particules de phase de renforcement selon le mécanisme Owrrone, empêchant ainsi le blocage de la ligne de dislocation et réduisant la résistance de rendement de l'alliage.en acier âgé 17-4PH, quand il y a plus de grains d'austénite de transformation inverse, les particules de ε-Cu dans l'austénite de transformation inverse sont plus fines et plus peu réparties que celles de la martensite,offrant peu ou pas d'obstacle à la dislocationGénéralement, après étanchéité, l'acier 17-4PH aura une petite quantité d'austénite résiduelle,qui se compose de particules très fines qui deviennent le noyau de l'austénite de transformation inverse pendant le trempagePar conséquent, plus il y a d'austénite résiduelle dans l'alliage, plus l'austénite de transformation inverse sera générée pendant le vieillissement.lorsque la teneur en éléments qui favorisent la formation de martensite (tels que le C) dans l'alliage est réduite, alors que la teneur en éléments stabilisateurs de l'austénite (comme le N) est trop élevée, une plus grande quantité de résidus d'austénite restera après éteinte,et une transformation plus inverse de l'austénite se formera après températion, réduisant ainsi la résistance au rendement de l'alliage; en même temps, à mesure que la température de vieillissement augmente, l'austénite de transformation inverse commence à se former et à croître,entraînant une augmentation de la quantité d'austénite résiduelle à température ambiante et une diminution de la résistancePar conséquent, pour les matériaux ayant des exigences de résistance,il est nécessaire de formuler raisonnablement les procédés de traitement thermique et de contrôler strictement la quantité d'austénite de transformation inverse dans la microstructure. ε-Cu est la principale phase de renforcement de l'acier 17-4PH. Ces dernières années, des recherches ont été menées sur sa morphologie.Alors que la recherche nationale à l'usine de turbines de Harbin a été plus approfondieIl était généralement admis que "dans tous les cas, ε-Cu est sphérique". Cependant, les recherches de l'usine de turbines de Harbin ont révélé que les phases ε-Cu précipitées de la matrice martensitique sont des tiges courtes lisses,alors que ceux précipités à partir de l'austénite (austénite de transformation inverse) sont sphériquesCela est dû au fait que les phases d'austénite et d'e-Cu ont des grilles cubiques centrées sur la face et que leur énergie d'interface est très faible, de sorte que les phases d'e-Cu précipitées sont sphériques.a une grille cubique centrée sur le corps, qui diffère significativement du réseau cubique centré sur la face des phases ε-Cu, ce qui donne une énergie d'interface élevée, de sorte que les phases ε-Cu précipitées sont de type bâton.a également étudié la morphologie des phases ε-Cu dans l'acier 17-4PHIls ont trouvé

Conclusion 3

L'acier inoxydable durci en céramique combine les avantages d'une résistance élevée et d'une excellente résistance à la corrosion.Sa résistance à la corrosion est liée non seulement à sa composition chimique, mais aussi au traitement thermiqueLa température de la solution est généralement fixée à 1040°C; des températures trop élevées ou trop basses peuvent affecter ses performances.Le traitement par vieillissement peut améliorer ses propriétés mécaniques globalesSur la base des procédés traditionnels, l'ajout de traitements d'ajustement peut affiner la structure de la matrice martensitique, améliorant ainsi la résistance à la corrosion du matériau.

Des recherches sur les mécanismes de renforcement de l'acier inoxydable 17-4PH ont été menées à l'échelle nationale et internationale, avec quelques résultats.Il est généralement admis que ces mécanismes sont liés à la précipitation de ε-CuLa résistance du matériau est déterminée par l'état de renforcement par rapport aux lignes de dislocation.les procédés de traitement thermique de l'acier 17-4PH sont devenus assez matures, permettant de sélectionner les procédés de traitement thermique appropriés dans la production réelle en fonction des conditions d'application spécifiques pour atteindre les performances souhaitées.