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La influencia del proceso de tratamiento térmico y la temperatura de envejecimiento en las propiedades del acero inoxidable endurecido por precipitación

30 de octubre de 2025

El acero inoxidable de endurecimiento por precipitación (acero inoxidable PH) es un tipo de acero inoxidable cuya resistencia y tenacidad se mejoran precipitando una fase de fortalecimiento de segunda fase mediante tratamiento térmico. Combina la resistencia a la corrosión del acero inoxidable austenítico con la alta resistencia del acero inoxidable martensítico. El núcleo de su proceso de tratamiento térmico es lograr el control del rendimiento a través de dos pasos: tratamiento de solución y tratamiento de envejecimiento (endurecimiento por precipitación). La elección de la temperatura de envejecimiento afecta directamente a la microestructura final y a las propiedades mecánicas.

I. Pasos de operación del proceso de tratamiento térmico para el endurecimiento por precipitación del acero inoxidable

El tratamiento térmico del acero inoxidable endurecido por precipitación generalmente se divide en tres etapas: tratamiento de solución (recocido suavizante), tratamiento de acondicionamiento (opcional) y tratamiento de envejecimiento (endurecimiento por precipitación). La operación específica es la siguiente.:

1. Tratamiento de solución

Objetivo:
Disolver completamente carburos y compuestos intermetálicos en la matriz austenítica mediante calentamiento a alta temperatura, seguido de un enfriamiento rápido (enfriamiento) para obtener una solución sólida sobresaturada uniforme, proporcionando las condiciones para la posterior precipitación por envejecimiento.

Puntos de operación:

Rango de temperatura: Generalmente 950~1150℃ (varía ligeramente según el grado del acero, por ejemplo, 17-4PH suele ser 1020~1060℃).

Método de calentamiento:

Utilice un horno de atmósfera controlada o un horno de vacío para evitar la oxidación de la superficie (se puede aplicar una capa protectora si es necesario).

Tiempo de espera:

Dependiendo del espesor de la pieza de trabajo, normalmente entre 10 y 60 minutos (más para secciones más gruesas).

Método de enfriamiento:

Enfriamiento con agua o enfriamiento con aceite (el enfriamiento rápido es esencial para evitar la precipitación de fases frágiles).

2. Tratamiento de acondicionamiento (opcional)

Para algunos grados de acero (como la serie H1150 de 17-4PH), se agrega un tratamiento de acondicionamiento intermedio antes del envejecimiento (por ejemplo, calentamiento breve a 800~900℃ seguido de enfriamiento por aire) para optimizar la distribución de las fases precipitadas y mejorar la tenacidad.

Proceso típico:

Calefacción a 815 ~ 870℃ durante 10 a 30 minutos, seguido de enfriamiento con aire o enfriamiento con agua. 3. Envejecimiento/Endurecimiento por precipitación

Objetivo:

Precipitar lentamente elementos de aleación (como Cu, Nb, Mo, etc.) de una solución sólida sobresaturada calentando a una temperatura relativamente baja, formando fases de refuerzo finas y dispersas (como mi -Cu,Ni₃Ti, etc.), mejorando significativamente la resistencia y dureza.

Puntos de operación:

Rango de temperatura: 450 ~ 650℃ (Se seleccionan diferentes temperaturas de envejecimiento según el grado del acero y los requisitos de rendimiento).

Tiempo de espera:

1 a 4 horas (dependiendo del tamaño y la temperatura de la pieza de trabajo, normalmente 1 a 2 horas es suficiente).

Método de enfriamiento:

Refrigeración por aire (la más común), se puede utilizar refrigeración por agua para requisitos especiales.

Ejemplos de procesos de envejecimiento típicos para grados de acero comunes:

17-4PH (0Cr17Ni4Cu4Nb): Envejecimiento estándar: 480~620℃ (por ejemplo, 480 ℃× 1 h de refrigeración por aire, la dureza alcanza HRC40~45; 620 ℃× 1 h de refrigeración por aire, dureza aproximadamente HRC30~35).

Opción de alta tenacidad: 550℃ envejecimiento, equilibrando fuerza y dureza.

15-5PH: normalmente envejecido entre 550 y 600℃.

PH13-8Mo: Envejecimiento a 480~560℃, logrando mayor resistencia.

II. Influencia de diferentes temperaturas de envejecimiento en el rendimiento

La temperatura de envejecimiento es un parámetro clave que controla las propiedades del acero inoxidable endurecido por precipitación, afectando directamente el equilibrio de resistencia, dureza, tenacidad y resistencia a la corrosión. Los efectos son los siguientes.:

1. Envejecimiento a baja temperatura (450~500℃)

Efecto fortalecedor significativo: Los precipitados (como p. ej. mi -Cu) son pequeños y densos, lo que dificulta fuertemente el movimiento de dislocación, lo que resulta en la mayor resistencia y dureza (por ejemplo, 17-4PH puede alcanzar HRC 45~50 después de envejecer a 480℃).

Menor dureza:

Una densidad de precipitación excesivamente alta puede provocar una concentración de tensiones localizada, lo que da como resultado una resistencia al impacto ligeramente menor. Adecuado para aplicaciones de alta resistencia pero de dureza media-baja (como sujetadores y rodamientos).

2. Envejecimiento a temperatura media (500~550℃)

Rendimiento general óptimo:

El tamaño del precipitado es moderado, lo que garantiza una alta resistencia (HRC aproximadamente 40 ~ 45) y buena tenacidad (alta energía de impacto), lo que lo convierte en la opción preferida para la mayoría de las aplicaciones (como componentes estructurales aeroespaciales).

Buena resistencia a la corrosión:

En comparación con el envejecimiento a baja temperatura, hay menos precipitación en los límites de grano, lo que resulta en una mayor resistencia a la corrosión intergranular.

3. Envejecimiento a alta temperatura (550~650℃)

Fuerza reducida:

Las fases precipitadas se vuelven más gruesas, el mecanismo de derivación de la dislocación se vuelve dominante, lo que resulta en una disminución de la fuerza (p. ej., 17-4PH después de envejecer a 620℃ tiene un HRC de aproximadamente 30~35).

Dureza mejorada:

Los precipitados gruesos reducen la concentración de tensiones, mejorando significativamente la resistencia al impacto, adecuados para componentes que requieren resistencia al impacto (por ejemplo, ejes de bombas, válvulas).

Resistencia óptima a la corrosión:

Los precipitados en los límites de grano se disuelven a altas temperaturas, lo que reduce la sensibilidad a la corrosión intergranular.

4. Sobreenvejecimiento (temperatura de envejecimiento excesivamente alta o tiempo de envejecimiento excesivamente largo)

Si la temperatura de envejecimiento supera los 650℃ o el tiempo de retención es demasiado largo, las fases precipitadas se volverán excesivamente gruesas o incluso sufrirán una recristalización secundaria, lo que provocará una fuerte disminución de la resistencia y la dureza. Al mismo tiempo, puede producirse crecimiento del grano, deteriorando aún más las propiedades mecánicas.

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