Utskiljningshärdning: Rostfritt stål

Värmebehandlingar med utskiljning stärker material genom att de gör så att beståndsdelar på ett kontrollerat sätt kan avges för att bilda utskiljningskluster som avsevärt förbättrar komponentens hållfasthet.

Fördelar

Det finns en mängd gjutna och smidda rostfria stållegeringar som kan få olika önskvärda egenskaper förbättrade genom antingen upplösningsbehandling eller upplösningsbehandling och utskiljningshärdning. Egenskaper som rumstemperatur och/eller mekanisk hållfasthet i förhöjd temperatur samt korrosionsmotstånd brukar förbättras av sådana värmebehandlingar.

Användningsområden

Egenskaperna för utskiljningshärdbara rostfria stål kan förbättras genom val av lämpliga värmebehandlingsparametrar. Användning av enbart upplösningsbehandling eller upplösningsbehandling följt av utskiljningshärdning är vanligt för utskiljningshärdningsbart rostfritt stål.

Upplösningsbehandling

• Under tillverkningsbearbetning kan de flesta material deformationshärdas, vilket begränsar förmågan att ytterligare behandla materialet. Upplösningsbehandling i process (avspänning) kan reducera detta deformationshärdade tillstånd för att möjliggöra vidare behandling.
• Tillverkningsprocesser som lödning, svetsning eller laser-/gasskärning kan ha en icke-önskvärd inverkan på materialegenskaper, vilket kan upphävas genom upplösningsbehandling före vidare nedströms behandling.
• Tillverkningsprocesser kan leda till för tidig start av den slutliga utskiljningshärdningsprocessen, vilket kan upphävas genom ny upplösningsbehandling före vidare bearbetning.
• Det rekommenderas inte att bara upplösningsbehandlat material tas i bruk, p.g.a. förekomsten av oanlöpt martensit som kan leda till sprödhetsbrott och icke-önskvärda förluster av korrosionsmotstånd. Exempel på detta är 15-5PH, 17-4PH och Ph13-8Mo.

Utskiljningshärdning

• För att utveckla de slutliga materialegenskaper som krävs för att uppfylla delspecifika designkriterier, brukar materialet (gjutet/smitt material) behöva utsättas för en lång värmebehandlingscykel i lägre temperatur så att det utvecklar en legeringsspecifik mikrostruktur. Processen kallas utskiljningshärdning.
• Normalt utförs detta steg vid eller nära slutet på tillverkningsprocessen, då värmebehandlingsprocessen leder till en betydande ökning av materialets hårdhet och det inträffar en viss förutsägbar storleksförändring (krympning) som man måste ta hänsyn till. Maskinbearbetningskostnaderna kan öka dramatiskt om efteråldringshärdad maskinbearbetning krävs.
• Vanliga exempel på material är: 15-5PH, 17-4PH, 17-7PH och Maraging 250.
• Vanliga värmebehandlingsbenämningar är H900 eller H1075; H900 indikerar åldring vid 900 °F i en timme och H1075 indikerar åldring vid 1 075 °F i 4 timmar. I alla fall är det viktigt att börja med material som är i upplösningsbehandlat tillstånd, mer allmänt kallat tillstånd A.

Processuppgifter

• Upplösningsbehandling utförs normalt vid temperaturer från 1700 till 1 065,56°C i vakuum, följt av snabb gasfläktkylning till rumstemperatur. Normalt måste materialet kylas ner till under 90 °F (eller lägre, i vissa fall) före ytterligare bearbetning.
• En grupp av metastabila legeringar (17-7PH till exempel) kräver åtskilliga mellanliggande bearbetningsmoment efter upplösningsbehandling för att uppnå de önskade egenskaperna före utskiljningshärdning. Dessa moment innefattar en austenitbehandling och en frysning för att säkerställa fullständig omvandling av austenit till martensit.
• Utskiljningshärdning utförs normalt vid temperaturer från 900 till 1 150 °F i vakuum, inert atmosfär eller luft under hålltider som kan omfatta 1 till 4 timmar beroende på exakt material och egenskaper som specificerats.
• Tillämpliga industriella specifikationer bör innefatta SAE AMS 2759/3.