فولاد ضد زنگ رسوب سخت شونده 17-4 PH :

فولاد ضد زنگ رسوب سخت شونده 17-4 PH :

چکيده :
فولادهای زنگ نزن به عنوان گروه مهمی از فولادها،به دلیل کمک به افزایش عمر کاری قطعات، کاهش مصرف مواد اولیه و نیز مصرف انرژی امروزه نقش مهمی را در صنایع مختلف ایفا می کنند. فولاد زنگ نزن 17-4PH به عنوان یک فولاد زنگ نزن رسوب سخت شونده با داشتن خواص منحصر بفردی در زمینه سختی و مقاومت به خوردگی به صورت توانمند کاربردهای وسیعی در صنایع شیمیایی، نفت و گاز، هوافضا و غیره یافته است. در تحقیق حاضر تاثیر افزایش دماي فوق ذوب و تغیر دمای پیش گرم قالب روی سیالیت به روش ریخته گری دقیق مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بررسی های سیالیت و سختی و متالوگرافی حاکی از تاثیر بسیار مهم دماي فوق ذوب بر خواص این فولاد می باشد. اهمیت دامي فوق ذوب به تاثیر آن بر روی اندازه دانه ها و شکل گیری زمینه متالوگرافی بر می گردد. با توجه به اهمیت صنایع شیمیایی، نفت و گاز، هوافضا، غذایی و خودرو در کشورمان، مطالعه در مورد متالورژی این فولاد به عنوان یک آلیاژ استراتژیک حائز اهمیت خواهد بود.

این آلیاژ از نوع فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی رسوب سخت شونده با نیوبیم و مس می باشد،که این فولاد نسبت به این دسته بیشترین سختی به همراه مقاومت به خوردگی را از خود نشان می دهد. خصوصیات مکانیکی آن با عملیات حرارتی بهینه می شود که می تواند آستحکام تسلیم بسیار بالایی در محدوده MPa 1300-1100 را تامین کند .این فولاد نباید در درجه حرارتهای بالای oC 300 یا زیر صفر به کار برده شود همچنین می تواند مقاومت به خوردگی خوبی در برابر محیطهای اتمسفری ، اسیدهای آلی و نمکها که قابل مقایسه با استانداردهای 304و430 می باشد را از خود نشان دهد
نشانه های این فولاد بر حسب استانداردهای مختلف به شرح ذیل می باشد:

AMS : 5342
ASTM : A693 grade 630 UNS S17400
EURONORM : 1.4542X5CrNiCuNb16-4
AFNOR : Z5CNU 17-4PH
DIN : 1.4542

این فولاد در کتاب Metals Handbook بر مبنای ریخته گری با نشانه CB-7Cu-1 شناخته می شود.
تقسیم بندی این فولاد بر حسب شرایط تولید طبق استاندارد AMS:

نحوه شکل پذیری	مشخصه
ورق ، نوار و صفحه	AMS 5604
فورج و رینگ	AMS 5643
ریخته گری دقیق با عملیات (H1100)	AMS 5342
ریخته گری دقیق با عملیات(H1000)	AMS 5343
ریخته گری دقیق با عملیات(H900)	AMS 5344

1-4-بررسي تركيب شيميايي،خواص فيزيكي و مكانيكي آلياژ17-4PH :
تركيب شيميايي ، خواص فيزيكي و مكانيكي اين آلياژ را در قالب جداول ودر مقايسه با آلياژهاي ديگر فولادهاي زنگ نزن را در زير مشاهده مي كنيد.

جدول1-4: تركيب شيميايي این فولاد در شرایط ریخته گری در مقايسه با چند فولاد ديگر به شرح ذيل مي باشد.

جدول2-4 : خواص فيزيكي اين آلياژ به همراه فولادهاي هم خانواده خود در جدول ذيل آمده است.

جدول3-4 : مقاومت به خوردگي اين فولاد در محيطهاي مختلف به شرح ذيل است.

جدول 4-4 : خواص مكانيكي اين فولاد در شرايط ريخته گري به شرح ذيل مي باشد.

در ضمن اين فولاد قابل جوشكاري با الكترود 308 ويا الكترودهاي مشابه مي باشد ونيازي به پيش گرم كردن ندارد .

2-4- بررسي ريز ساختار فولاد 17-4PH :

اين فولاد همانطور كه گفته شد داراي ساختار مارتنزيتي است كه به واسطه رسوبات ريز و پراكنده كاربيد نيوبيم و تركيبات بين فلزي مس استحكام يافته و اين فولاد را از همرديفان خود متمايز ساخته است. در زير ميكروساختارهايي از اين آلياژ رامشاهده مي نماييد.
ساختار اول (شكل1-4)مربوط به حالت ريخته گري است كه شامل دانه هاي فريت دلتاي كشيده كه به صورت خاكستري روشن در زمينه مارتنزيتي مشخص شده است ، همانطور كه ملاحظه مي شود لايه هاي مارتنزيت در بعضي قسمتها ظريفتر از بخشهاي ديگر هستند و به اين دليل است كه كربن به طور يكنواخت در تمام قسمتها بخش نشده است.اين ميكروساختار توسط محلول vilella اچ شده ودر بزرگنمايي 500X مي باشد.

شكل1-4: ميكروساختار ريختگي فولاد 17-4PH اچ شده با محلول VILELLA
در بزرگنمايي500X , دانه هاي فريت دلتا خاكستري در زمينه مارتنزيتي مشخص مي باشد.

شكل 2-4 نيز همان شرايط مربوط به شكل1-4 را داراست با اين تفاوت كه در ادامه كار بعد از آستنيته كردن در oC 1050 براي مدت يك ساعت در دماي oC 495 پير شده است. همانطور كه مشاهده مي شود هنوز دانه هاي كشيده فريت ثابت مانده اندو زمينه مارتنزيتي نيز از رسوبات ريز مس وكاربيد نيوبيم پر شده ولايه هاي مارتنزيت نيز تقريبا در تمام ميكروساختار به صورت يكنواخت مي باشند. محلول اچ وميزان بزرگنمايي مانند شكل-1 مي باشد.

شكل2-4: همان ميكروساختار شكل-1 مي باشد با اين تفاوت كه پس از آستنيته كردن در
دماي 1050 درجه سانتي گراد براي مدت يك ساعت در دماي 495 درجه پيرشده است

رسوبات مس در زمينه مارتنزيتي به صورت تركيب بين فلزي است كه اين نكته را مي توان با آناليز خطي ميكروسكوپ الكتروني از رسوبات مس كه در شكل3-4 نمايش داده شده اثبات نمود.

شكل3-4 : آناليز خطي ميكروسكوپ الكتروني از يك فولاد 17-4PH[10]

جدول5-4 : جدول زير محلولهاي اچ مختلف براي نمايش فازهاي مختلف در فولادهاي ريخته گري را نشان ميدهد.

محلولهاي فوق براي بررسي و مطالعه ميكروساختاردر حالت ميكروسكوپي به كار مي روند .در جدول زير محلولهاي ماكرواچ كه براي مطالعه ماكروساختار مناسب مي باشند به كار مي روند.

در شكلهاي زير تفاوت اصلي نحوه نمايش ومشخص نمودن فازها توسط محلولهاي اچ مختلف نشان داده شده است .شكل4-4 توسط محلولfry ،شكل5-4 توسط محلول vilella شكل6-4 توسط محلول Marbel ودر نهايت شكل7-4 توسط محلول Superpicral اچ شده اند. (بزرگنمايي500X)


شكل4-4:ميكروساختار فولاد 17-4PH در                           شكل5-4 :همان آلياژ شكل4-4 با اين تفاوت محلول اچ
حالت كار شده و اچ شده با محلول FRY .                                 مورد استفاده Vilella مي باشد.

شكل6-4 : همان آلياژ شكل4-4 با اين تفاوت                        شكل7-4 : همان آلياژ شكل4-4 با اين تفاوت
محلول اچ مورد استفاده Marbel مي باشد.                          محلول اچ مورد استفاده Superpicral مي باشد.

ميكروساختارهاي شكل 8-4 نيز توسط اچ الكتروليتي حكاكي شده اند.كه در آنها دانه هاي كشيده فريت دلتا از فاز زمينه كاملا متمايز شده اند.(شكل سمت راست به مدت 10 ثانيه در10 NKOH at 2.5V ،وشكل سمت چپ به مدت 21 ثانيه در20% NaOH at 20V )

شكل8-4: ميكروساختار فولاد 17-4PH درحالت كار شده ، از اچ الكتروليتي براي حكاكي
استفاده شده است كه در آنها دانه هاي كشيده فريت دلتا از فاز زمينه كاملا متمايز شده اند

جدول 6-4 خصوصيات ريخته گري آلياژهاي مختلف در مقايسه با فولاد 17-4PH را نشان مي دهد. از جمله اين خصوصيات مقايسه شده قابليت يا سرعت ريخته گري ، جريان پذيري يا سياليت ، حفره هاي انقباضي و مقاومت در مقابل تركهاي گرم مورد بررسي قرار گرفته است كه جايگاه اين فولاد در بين آلياژهاي ديگر براي قابل لمس بودن خواص ريختگي اين آلياژ با اعدادي مشخص شده است كه در جدول ملاحظه مي كنيد.

3-4- دماي ذوب فولاد 17-4PH و محاسبه دماي فوق ذوب آن :

با توجه به فرمول ذيل كه به روش تجربي به دست آمده و با توجه به عناصر موجود در اين فولاد كه به شرح ذيل مي باشد، مي توان دماي ذوب اين فولاد را به طور خاص وحدودي تعيين كرد.

با توجه به فرمول زير:

TL=1534-91%C-21%Si-3.5%Mn-4%Ni-0.63%Cr-3%Mo

بنابر اين داريم:

TL=1498.6

كه در نتيجه دماي ذوب اين فولاد(فولاد 1498.60C(17-4PH مي با شد. البته لازم به ذكر است به دليل نداشتن تأ ثير مس و نيو بيوم بر روي درجه حرارت ذوب، اين درجه حرارت با چند درجه اختلاف نسبت به درجه ذوب واقعي بدست آمده است.
حال با توجه به اينكه در فولادها و به طور كلي آلياژهاي آهني درجه حرارت فوق ذوب را حدود 10% بالاتر از درجه حرارت ذوب يا TL در نظر مي گيرند و با توجه به درجه حرارت ذوب بدست آمده داريم ( يا به عبارت ديگري 100 درجه سا نتي گراد بالاي نقطه ليكوئيدوس)
دماي فوق ذوب

1498+149.8=1647.80C & 1498+100=15980C

كه ميزان درجه حرارت فوق ذوب مذاب مي باشد. البته همان طور كه مي دانيم درجه حرارت معمولي ريخته گري گر چه در حدود 1598 درجه سانتي گراد به دست آمده ولي امكان تغيير اين مقادير به ضخامت قطعه بستگي دارد. همچنين آلياژتمايل به تشكيل پوسته اكسيدي وسخت دارد كه اين پوسته سياليت آلياژ را محدود مي كند ودر نتيجه در مورد خاصي از جمله بخشهاي نازك، درجه حرارت زيادتري براي ريخته گري لازم است.متا سفا نه در بعضي از موارد ، اين افزايش درجه حرارت منجر به تشكيل پوسته كلفت تر يا بروز نقايص ديگري در قطعه ريخته گري مي گردد.
بنابر اين براي مشخص شدن دماي فوق ذوب بهينه بايد شبيه سازي از قالب قطعه نهايي و ريختن نمونه هاي سياليت در محدوده دمايي مختلف انجام گيرد تا دماي فوق ذوبي كه داراي سياليت مناسب و كمترين لايه اكسيدي را داراست تعيين شود.

فولاد ضد زنگ رسوب سخت شونده 17-4 PH :

مطالب مشابه :

تکنیک های اچ کردن برای جوش های فولاد زنگ نزن

فولاد ضد زنگ رسوب سخت شونده 17-4 PH :

ریزساختار فولاد زنگ نزن فریتی

ترکیب شیمیایی فولاد زنگ نزن آستنیتی-فریتی (دو فازی)

جزوه " جوشکاری فولادهای زنگ نزن "