El material 14Cr17Ni2 pertenece a la categoría de acero inoxidable ferrítico martensítico y tiene buena resistencia a la corrosión y altas propiedades mecánicas. Es resistente a ácidos oxidantes y ácidos orgánicos en soluciones acuosas.
Esta aleación se usa comúnmente para fabricar piezas estructurales y sujetadores que requieren resistencia a la corrosión. Los componentes están sujetos a tensión, cizallamiento e impacto y no sólo deben tener propiedades mecánicas convencionales sino también una buena resistencia al impacto.
Sin embargo, el procesamiento en caliente de 14Cr17Ni2 es complicado y a menudo da como resultado propiedades mecánicas no calificadas. Según las estadísticas, la energía de impacto se ve principalmente afectada, lo que aumenta los costes de producción, retrasa los plazos de entrega y provoca pérdidas innecesarias.
Esta publicación presenta los resultados de una investigación experimental que demuestra que el 14Cr17Ni2 tiene una fragilidad evidente cuando se enfría a temperaturas medias. El fenómeno del temperamento frágil se descubrió por primera vez durante la Primera Guerra Mundial y se denominó "enfermedad de Krupp".
Pequeñas fluctuaciones en la composición química pueden afectar significativamente la estructura y las propiedades del acero, y los cambios en el contenido de carbono y cromo tienen un efecto significativo en la energía de impacto.
Por tanto, en el uso práctico, la composición debe controlarse y ajustarse según las condiciones y requisitos de aplicación. Se trataron once barras forjadas en horno de aleación 14Cr17Ni2 con diferentes composiciones químicas con el mismo sistema de tratamiento térmico y se llevaron a cabo pruebas de impacto Charpy de muestras con entalla en U.
Se comparó y analizó el impacto de diferentes composiciones químicas sobre la energía de impacto. Además, se llevó a cabo la prueba de impacto Charpy de muestras con muescas en U después de tratar un horno de barras forjadas con diferentes temperaturas de templado y se comparó el impacto de diferentes temperaturas de templado en la energía de impacto.
Materiales y métodos de prueba.
11 Hornos de 14Cr17Ni Se utilizan 2 varillas forjadas en aleación con un diámetro de 90 mm.
Consulte la Tabla 1 para conocer la composición química.
Tabla 1 Composición química de varilla forjada (% en peso)
| Numero de serie: | W. | cr | No | Minnesota | Sí | s | PAG |
| 0,11 ~ 0,17 | 16~18 | 1,5 ~ 2,5 | ≤0,8 | ≤0,8 | ≤0,015 | ≤0,03 | |
| 1 | 0,15 | 16.1 | 1,77 | 0,56 | 0,28 | 0.0018 | 0.022 |
| dos | 0,14 | 16.2 | 1,77 | 0,56 | 0,28 | 0.0018 | 0.022 |
| 3 | 0,15 | 16.21 | 2.27 | 0,5 | 0,58 | 0.0018 | 0,02 |
| 4 | 0,16 | 16.3 | 2.23 | 0,37 | 0.054 | 0.0026 | 0.013 |
| 5 | 0,14 | 16:45 | 2.26 | 0,6 | 0,12 | 0.0004 | 0.022 |
| 6 | 0,14 | 16:46 | 2.27 | 0,62 | 0,15 | 0.0003 | 0.023 |
| 7 | 0,15 | 14:46 | 2.25 | 0,46 | 0.1 | 0.0024 | 0.012 |
| 8 | 0,14 | 16:47 | 2.3 | 0,34 | 2.3 | 0.0015 | 0,02 |
| 9 | 0,16 | 16:49 | 2.26 | 0,52 | 0,31 | 0.0018 | 0.013 |
| 10 | 0,15 | 16.5 | 2.23 | 0,24 | 0,51 | 0.0012 | 0.011 |
| 11 | 0,12 | 16.51 | 2.34 | 0,47 | 0,34 | 0.006 | 0,017 |
Para examinar la energía de impacto del 14Cr17Ni2 como resultado de la temperatura de templado, primero se trató térmicamente una varilla forjada No. 10 a 990 ℃ durante 1,5 horas utilizando enfriamiento por aceite. Después del enfriamiento en aceite, la varilla se enfrió manteniéndola a temperaturas de 300 ℃, 380 ℃, 400 ℃, 450 ℃, 520 ℃, 550 ℃, 600 ℃ y 680 ℃ durante 4 horas y luego se enfrió con agua.
Para investigar el efecto de la composición química del 14Cr17Ni2 sobre la energía de impacto, se trataron térmicamente 11 barras forjadas en horno a 990°C durante 1,5 horas usando enfriamiento con aceite, seguido de revenido a 300°C y 520°C, respectivamente.
El tamaño de la muestra para la prueba de impacto del péndulo Charpy según el método de materiales metálicos GB/T 229-2020 fue de 55 mm × 10 mm × 10 mm con muesca en forma de U y se llevó a cabo a temperatura ambiente en dirección longitudinal.
La estructura metalográfica se observó utilizando un microscopio metalográfico Olympus Gx71.
El agente de corrosión utilizado fue una mezcla de CuCl2 (5 g), HCl (100 ml) y etanol (100 ml).
Análisis de los resultados de las pruebas.
Efecto de la temperatura de templado sobre la energía de impacto del 14Cr17Ni2
La Figura 1 muestra la energía de impacto del 14Cr17Ni2 bajo diferentes temperaturas de templado.
Al comparar la relación entre diferentes temperaturas de templado y la energía de impacto, se encontró que dentro del rango de templado de 300°C a 450°C, la energía de impacto del material disminuye significativamente de 100J a 19J.
Sin embargo, dentro del rango de templado de 300°C a 680°C, la energía de impacto inicialmente disminuye y luego aumenta. Cuando se templa a 680°C, la energía de impacto aumenta a 78J, con el punto más bajo de energía de impacto alrededor de 450°C a 19J.
Esto indica que el material presenta una fragilidad evidente al enfriarse. El rango de temperatura para este templado de fragilidad es de 350°C a 550°C, y la temperatura de templado tiene un impacto significativo en la energía de impacto del material.
Fig. 1 Energía de impacto del 14Cr17Ni2 a diferentes temperaturas de templado
Al comparar la morfología macroscópica de la fractura bajo diferentes temperaturas de templado (Fig. 2 y Fig. 3), se puede ver que la fractura templada a 520 ℃ exhibe una fractura frágil intergranular típica. Este se caracteriza por numerosas superficies brillantes, cada una de las cuales corresponde a un límite de grano.
Por otro lado, la morfología macroscópica de la superficie de fractura templada a 600 ℃ muestra una fractura dúctil, caracterizada por una fractura transgranular y un patrón de río. Esto es evidente por la presencia de hoyuelos claros y bordes cortantes en la superficie de la fractura.
Fig. 2 Macromorfología de la fractura bajo diferentes temperaturas de templado.
Fig. 3 Morfología de la fractura bajo diferentes temperaturas de templado.
La microestructura del 14Cr17Ni2 después del enfriamiento está compuesta de martensita y ferrita.
Después del templado, la martensita sufre descomposición y formación de carburos, mientras que la ferrita permanece sin cambios.
Cuando se revende a temperaturas entre 200 °C y 300 °C, la precipitación de carburo en la estructura de la matriz aumenta gradualmente y permanece finamente dispersa, lo que genera una alta energía de impacto.
A 350°C, una cantidad limitada de carburos precipita en los límites de los granos.
Entre 400°C y 550°C, la cantidad de carburos precipitados entre los listones y los límites de los granos aumenta significativamente, lo que lleva a una distribución dispersa a lo largo de los listones y los límites de los granos.
Este aumento de la precipitación de carburos en los límites de los granos conduce a una disminución significativa de la energía de impacto del acero y a una notable tendencia hacia la fragilidad y la fractura intergranular.
Cuando la temperatura de revenido supera los 600°C, los carburos comienzan a disolverse y se reduce la fragilidad del acero.
Efecto de los elementos químicos sobre la energía de impacto del 14 C r17 N i2
El acero 14Cr17Ni2 es un tipo de acero inoxidable ferrítico martensítico. Su estructura en estado templado está compuesta de martensita, ferrita delta y austenita retenida.
Durante el templado, los carburos M23C6 precipitan a partir de martensita y ferrita delta y se acumulan en los límites de los granos. Esto da como resultado la descomposición de la martensita en sorbita templada.
La Figura 4 muestra la microestructura metalográfica a diversas energías de impacto. Se puede observar que la microestructura metalográfica con energías de impacto de 52J y 35J tiene tamaño de partícula grado 5. Sin embargo, esta última presenta un mayor número de partículas de carburo precipitadas en los límites de grano.
La presencia de estos carburos en los límites de grano reduce significativamente la energía de impacto del acero, haciéndolo más frágil y sujeto a fracturas intergranulares.
Fig.4 Microestructura metalográfica correspondiente a diferentes energías de impacto.
Los elementos de aleación principales en 14Cr17Ni2 son C, Cr y Ni, mientras que Si y Mn tienen un impacto mínimo en la estructura y propiedades del acero. La presencia de Ni no tiene ningún efecto significativo sobre la fragilidad del temperamento. La energía de impacto de las piezas forjadas de 14Cr17Ni2 está determinada principalmente por el contenido de C y Cr, ya que el carburo de cromo influye en la energía de impacto.
Esto se demuestra en la Figura 5, que muestra la energía de impacto del 14Cr17Ni2 con diferentes niveles de C y Cr. La energía de impacto tanto a 300°C como a 520°C muestra una tendencia similar, lo que refuerza la conclusión de que la energía de impacto de las materias primas es el factor principal.
Fig. 5 Energía de impacto del 14Cr17Ni 2 con diferentes contenidos de C y Cr
Es evidente en la Figura 5 que la energía de impacto del 14Cr17Ni2 generalmente disminuye a medida que aumenta el contenido de Cr. Sin embargo, cuando el contenido de Cr permanece constante, la energía de impacto disminuye a medida que aumenta el contenido de C.
Conclusión
(1) La energía de impacto del 14Cr17Ni2 en el rango de templado de 300 ℃ a 680 ℃ tiende a disminuir primero y luego a aumentar. El punto más bajo de energía de impacto ocurre alrededor de 450 ℃, y el valor de impacto es generalmente bajo en el rango de 350 ℃ a 550 ℃, inferior a 39 J (GJB 2294A-2014).
Esto indica que el material presenta una fragilidad significativa al revenir y que la temperatura de revenido tiene un impacto significativo en su energía de impacto. El rango de temperatura de 350 ℃ a 550 ℃ se considera el rango de temperatura frágil para el material.
(2) La fluctuación de la composición química de las materias primas afecta en gran medida la energía de impacto del 14Cr17Ni2. A medida que aumenta el contenido de los elementos C y Cr, la energía de impacto del material muestra una tendencia general decreciente.
(3) Para garantizar la energía de impacto del 14Cr17Ni2 cuando se templa a 350-540 ℃, se debe controlar estrictamente el contenido de elementos C y Cr en la materia prima.
