Utwardzanie wydzieleniowe: Stale nierdzewne

Umocnienie jest wynikiem kontrolowanego wydzielania się przesyconego składnika z osnowy materiału o określonej dyspersji i koherencji.

Korzyści

Istnieje wiele odlewanych i przerabianych plastycznie gatunków stali nierdzewnej, których różne pożądane właściwości można poprawić za pomocą procesów przesycania lub przesycania i starzenia (utwardzania wydzieleniowego). Takie charakterystyki, jak wytrzymałość mechaniczna w temperaturze pokojowej i/lub podwyższonej, odporność na korozję zazwyczaj są poprawiane za pomocą właśnie tych rodzajów obróbki cieplnej.

Aplikacje i materiały

Właściwości utwardzanych wydzieleniowo stali nierdzewnych można poprawiać za pomocą wyboru odpowiednich parametrów obróbki cieplnej. Dla utwardzanych wydzieleniowo stali nierdzewnych często stosuje się samo przesycanie lub przesycanie i starzenie (utwardzanie wydzieleniowe).

Przesycanie

• Niekiedy podczas obróbki plastycznej w czasie produkcji materiał można umocnić (np.: umocnienie przez zgniot), ograniczając możliwość dalszej przeróbki materiału. Zastosowany tutaj zabieg przesycania może osłabić ten stan umocnienia, umożliwiając dalszą obróbkę. Poprawniej jednak jest mówić o zabiegu wyżarzania międzyoperacyjnego prowadzącego do zrekrystalizowanej struktury w materiale.
• Procesy produkcyjne, takie jak lutowanie twarde, spawanie lub cięcie laserowe/płomieniowe, mogą mieć niepożądany wpływ na właściwości materiału, co można odwrócić za pomocą przesycania przed przystąpieniem do dalszej obróbki.
• Procesy technologiczne mogą powodować przedwczesne rozpoczęcie procesu końcowego starzenia i  utwardzanie wydzieleniowe, co można odwrócić za pomocą ponownego przesycenia przed dalszą obróbką.
• Nie zaleca się używania materiału, który został tylko przesycony, ze względu na występowanie nie odpuszczonego martenzytu, co może prowadzić do uszkodzeń wynikających z kruchości i niepożądanego pogorszenia odporności na korozję. Jako przykład można podać 15-5PH, 17-4PH i Ph13-8Mo.

Przesycanie i starzenie (utwardzanie wydzieleniowe)

• Uzyskanie końcowych właściwości materiału wymaganych do spełnienia specyficznych dla części kryteriów projektowych zazwyczaj wymaga, aby materiał (odlewany/przerabiany plastycznie) został poddany po przesycaniu długiemu cyklowi obróbki cieplnej w niższej temperaturze celem wytworzenia specyficznej dla stopu mikrostruktury — ten proces jest nazywany starzeniem.
• Zazwyczaj ten krok jest wykonywany na końcu lub w pobliżu końca procesu produkcyjnego, ponieważ proces obróbki cieplnej powoduje znaczny wzrost twardości materiału oraz występujący przewidywalny zakres zmian wymiaru (np.: kurczenie), co należy uwzględnić. Koszty obróbki skrawaniem mogą znacznie wzrosnąć, jeśli będzie wymagana obróbka skrawaniem po utwardzaniu wydzieleniowym.
• Typowymi przykładami materiałów są: 15-5PH, 17-4PH, 17-7PH i Maraging 250.
• Typowymi oznaczeniami związanymi z wykonaniem obróbki utwardzania wydzieleniowego są: H900 lub H1075, gdzie H900 oznacza starzenie w temperaturze 900oF (482°C) przez jedną godzinę, zaś H1075 oznacza starzenie w temperaturze 1075 oF (580°C) przez 4 godziny. Bez względu na dobrane warunki starzenia materiał przed tym zabiegiem powinien być w stanie przesycenia określanym jako warunek/stan A.

Dane procesowe

• Przesycanie jest zazwyczaj wykonywane w próżni w zakresie temperatur od 927 do 1066°C,po czym następuje szybkie chłodzenie z wmuszonym obiegiem gazu do temperatury pokojowej. Zazwyczaj materiał przed dalszą obróbką należy schłodzić do temperatury poniżej 32°C (lub jeszcze niższej w niektórych przypadkach).
• Grupa stopów metastabilnych (na przykład 17-7PH) wymaga po przesyceniu kilku pośrednich kroków obróbki w celu osiągnięcia żądanych właściwości przed procesem starzenia. Te kroki obejmują obróbkę kondycjonowania i wymrożenie w celu zapewnienia pełnego przejścia od austenitu do martenzytu.
• Starzenie jest zazwyczaj wykonywane w zakresie temperatur od 482 do 621°C w próżni, w atmosferze obojętnej lub powietrzu, przy czym jego czas waha się od 1 godziny do 4 godzin w zależności od gatunku materiału i określonych wymagań.
• Do mających zastosowanie specyfikacji przemysłowych należy SAE AMS 2759/3.