UGI® 4545 AIR：高强度、抗疲劳航空级沉淀硬化不锈钢
概述
UGI® 15-5PH AIR 或 UGI® 4545 AIR 是一种优质沉淀硬化 (PH) 马氏体不锈钢，主要为航空航天用途设计。用于需要高强度和高韧性结合的零件。该牌号还具有良好的抗疲劳失效性能。这是一种电渣重熔材料 (符合 AMS 5659 类型 2)，采用该领域最先进技术。这种冶炼工艺保证了纵向和横向良好的结构均匀性、各向同性和高力学性能。(铁磁性)
光学显微镜下观察到的微观结构由均匀马氏体组成，含有铌碳氮化物析出物 (SEM 下可见白色颗粒) 和残留奥氏体，其分数取决于冶金状态。纳米级富铜相析出物可在透射电镜 (TEM) 下观察到。根据 AMS 2315，UGI® 15-5PH AIR 的 δ-铁素体含量低于 1% (低于 UGI® 17-4PH AIR)，前奥氏体晶粒尺寸精细或等于 6 级。
UGI® 15-5PH AIR 采用消耗性电渣重熔生产。残留夹杂物极小且在截面上均匀分布。按 ASTM E45/A 保证以下微观洁净度：A,B,C,D (薄) < 1.5 - A,B,C,D (重) < 1
主要特性
一般物理性能
| 属性 | 数值 |
|---|---|
| 密度 | 7.8 g/cm³ |
力学性能
| 属性 | 温度 | 数值 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 弹性模量 | 20 °C | 200 GPa | - |
| 弹性模量 | 100 °C | 195 GPa | - |
| 弹性模量 | 200 °C | 185 GPa | - |
| 弹性模量 | 300 °C | 170 GPa | - |
| 弹性模量 | 300 °C | 175 GPa | - |
| 断后伸长率 | - | 10 % | 最小值 |
| 布氏硬度 | - | 388 HB | 最小值 |
| 洛氏硬度 (HRC) | - | 40.0 | 最小值 |
| 断面收缩率 | - | 40.0 % | 最小值 |
| 抗拉强度 | - | 1310 MPa | 最小值 |
热学性能
| 属性 | 数值 | 备注 |
|---|---|---|
| 热膨胀系数 | 1.05×10⁻⁵ 1/K | 20 至 100°C |
| 热膨胀系数 | 1.11×10⁻⁵ 1/K | 20 至 200°C |
| 热膨胀系数 | 1.15×10⁻⁵ 1/K | 20 至 300°C |
| 热膨胀系数 | 1.19×10⁻⁵ 1/K | 20 至 400°C |
| 比热容 | 500 J/(kg·K) | - |
| 热导率 | 16 W/(m·K) | - |
电学性能
| 属性 | 数值 |
|---|---|
| 电阻率 | 7.1×10⁻⁷ Ω·m |
化学成分
| 元素 | 含量 (%) | 备注 |
|---|---|---|
| 碳 (C) | 0.07 | 最大 |
| 铬 (Cr) | 14.5 - 15.3 | - |
| 铜 (Cu) | 2.5 - 4.0 | - |
| 锰 (Mn) | 1.0 | 最大 |
| 钼 (Mo) | 0.5 | 最大 |
| 镍 (Ni) | 4.5 - 5.5 | - |
| 铌 (Nb) | 0.45 | 最大，最小: 5×C |
| 磷 (P) | 0.025 | 最大 |
| 硅 (Si) | 0.6 | 最大 |
| 硫 (S) | 0.005 | 最大 |
工艺性能
| 属性 | 详细信息 | ||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 应用领域 | • 航空航天优质飞机级材料 • 传感器制造，如压力传感器 • 医疗辅助 • 轴、齿轮 • 接头 • 结构件等 |
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| 耐腐蚀性 | UGI®15-5 PH AIR 具有良好的耐腐蚀性，在某些情况下类似于 18Cr-8Ni 奥氏体钢。 各环境下的耐腐蚀行为：
点蚀腐蚀： UGI®15-5 PH AIR 的抗点蚀能力远优于经典 12% Cr 马氏体不锈钢。点蚀电位水平与超级马氏体钢 1.4418 和奥氏体钢 1.4301 (AISI 304) 相当。 晶间腐蚀： 该钢碳含量低 (部分与 Nb 结合)，按建议热处理后对晶间腐蚀不敏感。 其他腐蚀机制： UGI®15-5 PH AIR 耐腐蚀疲劳和特定环境下的应力腐蚀。由于高力学性能与耐腐蚀性的结合，还应注意其良好的耐腐蚀冲蚀性能。 |
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| 一般切削加工性 | 由于其低硫含量和极好的微观洁净度，UGI®15-5 PH AIR 断屑性差，可能导致加工困难，特别是钻削或精车操作。如可能，获取最终零件的大多数加工操作应在 A 态 (固溶退火态) 下进行，以避免加工过程过度刀具磨损。沉淀硬化热处理后加工不推荐，因为 UGI®15-5 PH AIR 棒材力学性能越高，刀具磨损越大 (加工效率越低)。A 态下粗车测试 (ap=1.5mm; f=0.25mm/r) 表明，使用 STELLRAM SP4019 CCGT 09T308E-62 刀具在 15 分钟有效切削中获得 0.15mm 后刀面磨损的切削速度约 145 m/min，而 UGIMA®4542 (改进切削加工性的 17-4 PH) 约 160 m/min。视加工操作而定，UGI®15-5 PH AIR 加工效率比 UGIMA® 4542 低 10-30%。 | ||||||||||||||||||||
| 热处理 | UGI®15-5PH AIR 热处理包含两步：
奥氏体化/固溶退火： 1030-1050°C 左右，油淬或小截面件空冷。此状态 (A 态) 硬度中等，因 Cu 沉淀硬化未生效。A 态常用于切削加工或冷成形前。建议奥氏体化后进行 300°C/1h 去应力处理，以稳定材料避免淬火裂纹。 时效/时效硬化： 固溶处理后进行时效处理以析出 Cu 相并调整力学性能。时效后材料处于固溶时效态 (H 态)。时效温度范围 480°C (H900) 至 620°C (H1150)。H900 对应硬化峰值，Cu 析出物诱导最大硬度。温度升高时硬度/强度因析出物长大而下降。580°C 以上形成部分回火奥氏体，韧性提高但强度下降。H1025 常被客户选择，因其强度与韧性的最佳平衡。 软化处理： 最低强度/硬度通过 H1150M 热循环获得：固溶退火 + 760°C/2h 回火 + 620°C/4h 时效。此循环后：UTS=780 MPa, YS=710 MPa, HRC<32，显著低于 A 态。 热处理制度对照表：
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| 热成形/锻造 | UGI®15-5 PH AIR 适合锻造。再加热温度 1150-1200°C，锻造温度 1200°C 至 950°C。锻后空冷或油冷。所得零件需热处理 (固溶退火及可选时效，见前节)。 | ||||||||||||||||||||
| 其他 | 磁粉检测与宏观检验： UGI®15-5 PH AIR 符合 AMS 2300：频率/严重度等级 0/0。 宏观组织符合 AMS 5659：通常引用严重度 A 级 (按 ASTM A604)。 可供产品：
其他产品请联系供应商。 |
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| 表面处理/酸洗 | 酸洗工艺：UGI®15-5 PH AIR 酸洗方式同 630 牌号钢。 如需去除铁颗粒等污染，推荐以下钝化处理： • 1/4 体积 52% 硝酸 (36° Bé) • 3/4 体积水 • 常温 • 持续时间视情况调整 • 处理完成后仔细清洗 注：不锈钢耐腐蚀性取决于腐蚀介质成分 (氯化物浓度、氧化剂有无、温度、pH、搅拌等) 及材料制备 (表面无金属颗粒、表面光洁度如硬化、抛光等)。某些试验如 NaCl 盐雾试验 (ISO 9227) 需采取预防措施：如避免使用可能导致腐蚀径流并缩短耐蚀时间的标记标签。 |
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| 焊接性 | UGI®15-5 PH AIR 可无预热焊接，适用大多数焊接技术：GMAW 或 GTAW (有无填充丝)、激光、电阻或电子束焊等。若要求焊缝区力学性能与母材同级，需用无填充金属或同质填充金属 (如 AWS E/ER 630)，并对焊缝进行沉淀硬化后热处理 (见前文 PH 热处理)。若焊缝区力学性能无需达母材级别，可用 ER308LSi (19 9 L Si) 等填充金属。 若焊后不做沉淀硬化热处理，250/300°C 去应力热处理可提高 HAZ 韧性，避免焊态马氏体组织导致冷裂纹风险。此外，焊接设计应考虑高屈服强度钢的要求：避免切口和截面突变。GMAW 推荐 Ar+1%CO₂ 或 1-2%O₂ 保护气；GMAW 和 GTAW 均须避免含 H₂ 和 N₂ 的气体。 |
金属
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