Hærdning ved udskilning: Rustfrit stål

Varmebehandling med udskilning styrker materialer ved at tillade en kontrolleret frigivelse af bestanddele til at forme udskilningsklumper, som betydeligt øger komponentens styrke.

Fordele

Der er en mængde af støbte og smedede legeringer i rustfrit stål, som kan have forskellige ønskværdige egenskaber forbedret, enten ved opløsningsbehandling eller ved opløsningsbehandling og ældningshærdning ved udskilning. Egenskaber som f.eks. mekanisk styrke ved stuetemperatur og/eller forhøjet temperatur, korrosionsmodstand og oxideringsmodstand er typisk forbedret ved sådanne varmebehandlinger.

Brug & materialekvalitet

Egenskaberne for rustfrit stål, som kan hærdes med udskilning, kan forbedres med et udvalg af passende parametre for varmebehandling. Brugen af opløsningsbehandlinger alene eller opløsningsbehandling efterfulgt af ældningshærdning med udskilning er almindeligt til rustfrit stål, som kan hærdes med udskilning.

Opløsningsbehandling

• Under produktionsprocessen kan de fleste materialer blive arbejdshærdet, hvilket begrænser muligheden for yderligere behandling af materialet. Opløsningsbehandling undervejs i processen (afspændingsglødning) kan reducere den arbejdshærdede tilstand for at tillade yderligere behandling.
• Produktionsprocesser, såsom lodning, svejsning eller laser-/flammebeskæring, kan have en uønsket effekt på materialeegenskaber, hvilket kan omgøres med en opløsningsbehandling før yderligere behandling senere.
• Produktionsprocesser kan resultere i en for tidlig start af den endelige ældningsproces med udskilning, hvilket kan omgøres med en opløsningsbehandling før yderligere behandling senere.
• Det anbefales ikke at anvende materiale, som kun er opløsningsbehandlet, på grund af tilstedeværelsen af uanløbet martensit, som kan føre til sprødhedsproblemer og uønsket tab af korrosionsmodstand. Eksempler på disse er 15-5PH, 17-4PH og Ph13-8Mo.

Ældningshærdning med udskilning

• Udviklingen af endelige materialeegenskaber, der er påkrævet for at opfylde specifikke designkrav for emnerne, kræver typisk, at materialet (støbt/smedet materiale) udsættes for en lang behandlingscyklus ved lav temperatur for at udvikle en legeringsspecifik mikrostruktur. Denne proces kaldes for ældningshærdning med udskilning.
• Typisk udføres dette trin til sidst eller hen imod slutningen af produktionsprocessen, da resultatet af varmebehandlingen øger materialets hårdhed, og der skal medregnes en forudsigelig forandring af størrelse (krympning). Bearbejdningsomkostninger kan stige voldsomt, hvis bearbejdning efter ældningshærdning er nødvendig.
• Typiske eksempler på materialer er: 15-5PH, 17-4PH, 17-7PH og Maraging 250.
• Typiske bestemmelser for varmebehandling er H900 eller H1075, hvor H900 indikerer ældning ved 900 °F i en time, og H1075 indikerer ældning ved 1.075 °F i 4 timer. Uanset hvad er det vigtigt at starte med et materiale, som er i en opløsningsbehandlet tilstand – der også kaldes for Tilstand A.

Proces detaljer

• Opløsningsbehandlinger udføres typisk ved temperaturer mellem 1.700-1950 °F i vakuum, efterfulgt af hurtig afkøling med gasventilator til stuetemperatur. Typisk skal materialet afkøles til under 90 °F (eller lavere i nogle tilfælde) før yderligere behandling.
• En gruppe af metastabile legeringer (f.eks. 17-7PH) kræver flere mellemtrin af behandlinger efter opløsningsbehandling for at opnå de ønskede egenskaber før ældningshærdning ved udskilning. Disse trin inkluderer en austenitbestemmende behandling og en frysning for at sikre en fuldstændig forvandling fra austenit til martensit.
• Ældningshærdning med udskilning udføres typisk ved temperaturer på mellem 900 og 1.150 °F i vakuum, inert atmosfære eller luft i opbevaringstid, der spænder mellem 1 til 4 timer, afhængig af det præcise materiale og de specificerede egenskaber.
• Gældende industrispecifikationer kunne inkludere SAE AMS 2759/3.