Precipitačné vytvrdzovanie: Nehrdzavejúce ocele

Pri precipitačnom tepelnom spracovaní sa materiály spevňujú tak, že vďaka možnosti riadeného uvoľňovania zložiek sa môžu vytvárať zhluky zrazenín, ktoré výrazne zvyšujú pevnosť komponentu.

Výhody

Existuje veľké množstvo liatych a tvárnených zliatin nehrdzavejúcej ocele, ktoré môžu mať rôzne požadované vlastnosti vylepšené buď rozpúšťacím žíhaním alebo rozpúšťacím žíhaním a precipitačným vytvrdzovaním (starnutím). Takýmto tepelným spracovaním sa zvyčajne zdokonaľujú rôzne vlastnosti, napríklad mechanická pevnosť a odolnosť voči korózii pri bežnej teplote a/alebo pri zvýšenej teplote.

Aplikácie a materiály

Vlastnosti precipitačne tvrditeľných nehrdzavejúcich ocelí je možné vylepšiť výberom vhodných parametrov tepelného spracovania. Použitie samotného rozpúšťacieho žíhania alebo rozpúšťacieho žíhania, po ktorom nasleduje vytvrdzovanie precipitačným starnutím, sa bežne používa v prípade precipitačne vytvrditeľných nehrdzavejúcich ocelí.

Rozpúšťacie žíhanie

• Počas procesu výroby možno väčšinu materiálov mechanicky spevniť, čo obmedzuje možnosti ďalšieho spracovania materiálu. Rozpúšťacie žíhanie (uvoľnenie pnutia) môže znížiť tento stav spevnenia, aby bolo možné ďalšie spracovanie.
• Výrobné procesy, napríklad spájkovanie na tvrdo, zváranie alebo rezanie laserom/plameňom, môžu mať nežiaduci vplyv na vlastnosti materiálu, ktoré je možné obnoviť rozpúšťacím žíhaním pred ďalším následným spracovaním.
• Výrobné procesy môžu viesť k predčasnému spusteniu konečného procesu precipitačného starnutia, ktorý je možné pred ďalším spracovaním zvrátiť opätovným rozpúšťacím žíhaním.
• Neodporúča sa uvádzať do prevádzky materiál spracovaný iba rozpúšťacím žíhaním z dôvodu prítomnosti nepopúšťaného martenzitu, ktorý môže viesť k krehkým zlomeninám a nežiaducim stratám odolnosti voči korózii. Medzi príklady patria materiály 15-5PH, 17-4PH a Ph13-8Mo.

Vytvrdenie precipitačným starnutím

• Zabezpečenie finálnych vlastností materiálu, ktoré sú potrebné na splnenie špecifických konštrukčných kritérií komponentu, v bežnom prípade vyžaduje, aby bol materiál (odlievaný/tvárnený materiál) podrobený dlhému cyklu tepelného spracovania pri nižšej teplote, aby sa vytvorila mikroštruktúra typická pre zliatinu – tento proces sa nazýva vytvrdenie precipitačným starnutím.
• Tento krok sa spravidla vykonáva na konci alebo ku koncu výrobného procesu, pretože proces tepelného spracovania vedie k významnému zvýšeniu tvrdosti materiálu, pričom existuje predvídateľná zmena veľkosti, ku ktorej dochádza (zmršťovanie) a s ktorou je potrebné počítať. Ak je potrebné obrábanie po procese starnutia, náklady na obrábanie môžu dramaticky stúpnuť.
• Typické príklady materiálov sú: 15-5PH, 17-4PH, 17-7PH a Maraging 250.
• Typické označenia tepelného spracovania sú H900 alebo H1075; kde H900 označuje starnutie pri teplote 900 °F počas jednej hodiny a H1075 označuje starnutie pri teplote 1 075 °F počas 4 hodín. Vo všetkých prípadoch je dôležité začať s materiálom, ktorý je v stave po rozpúšťacom žíhaní, ktorý sa bežnejšie označuje ako Stav A.

Detaily procesu

• Rozpúšťacie žíhanie sa v bežnom prípade vykonáva pri teplotách v rozmedzí od 1 700 °F do 1 950 °F vo vákuu, po čom nasleduje rýchle ochladenie plynom prostredníctvom ventilátora na izbovú teplotu. Pred ďalším spracovaním musí byť materiál obvykle ochladený na teplotu nižšiu ako 90 °F (alebo v niektorých prípadoch nižšiu).
• Skupina metastabilných zliatin (napríklad 17-7PH) vyžaduje po rozpúšťacom žíhaní niekoľko doplnkových krokov, aby sa pred vytvrdením precipitačným starnutím dosiahli požadované vlastnosti. Medzi tieto kroky patrí riadenie premeny austenitu a zmrazenie, aby sa zaistila úplná transformácia austenitu na martenzit.
• Vytvrdenie precipitačným starnutím sa typicky vykonáva pri teplotách v rozmedzí od 900 °F do 1 150 °F vo vákuu, inertnej atmosfére alebo na vzduchu počas 1 hodiny až 4 hodín v závislosti od daného materiálu a požadovaných vlastností.
• Medzi príslušné priemyselné špecifikácie patrí norma SAE AMS 2759/3.