mim materiál nerez 17-4

Přehled MIM 17-4 PH

Na základě standardu AISI 17-4 PH je MIM 17-4 PH martenzitická precipitačně kalená nerezová ocel. Vyznačuje se kombinací odolnosti proti korozi a mechanických vlastností.

Jedním z nejrozšířenějších materiálů MIM v sektoru vstřikování kovů je nerezová ocel 17-4 PH. Tento kov má skvělou kombinaci odolnosti proti korozi, tvrdosti a pevnosti. Složité kusy s dobrou pevností umožňují výjimečné kvality 17-4. Kromě toho se sekundární kalení provádí během procesu slinování úpravou určitých parametrů.

Protože 17-4 PH odolává korozi podobně jako 304L, je často používán v aplikacích vyžadujících mechanické vlastnosti.

Kromě toho je MIM-17-4 PH identifikován podle UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 a nerezové oceli 17-4 PH.

 

Složení chemikálií

Chemické složení nerezové oceli 17-4 je uvedeno níže, s prvky a jejich příslušnými hmotnostními procenty:

• Železo (Fe):Zůstatek (zbývající část)
• Nikl (Ni):3,00–5,00 %
• Křemík (Si):1,00 %
• Uhlík (C):0,07 %
• Chrom (Cr):15,50–17,50 %
• Niob (Nb):0,15–0,45 %
• Mangan (Mn):1,00 %
• Měď (Cu):3,00–5,00 %
• Síra (S):0,03 %

Složení zajišťuje pevnost materiálu, odolnost proti korozi a další vlastnosti vhodné pro různé průmyslové aplikace.

Nerezová ocel MIM 17-4 PH má obvykle mechanické vlastnosti, které jsou o 10–25 % horší než tvářená ocel 17-4 PH. Mezi primární příčiny patří:

Mezi nedostatky slinování patří přetrvávající uhlíkové nečistoty, zadržené póry a zrna.
Ztráta prvků způsobená vypařováním: Cr, Cu a Ni.
Zařazení nečistot: O, C a N.

Při zpomalujícím slinování je povrchově centrovaná fáze kubického austenitu stabilizována uhlíkovými a dusíkovými složkami. Na druhou stranu, kubický delta ferit centrovaný na tělo urychlí tempo slinování. Nerezová ocel 17-4PH prochází precipitačními reakcemi, které vedou k vysoké tvrdosti a pevnosti, zatímco zbytkový delta-ferit pevnost snižuje. Kromě toho se martenzit vyskytuje během ochlazovací fáze po slinování.

Klíčovou složkou produktů MIM je kyslík. Počáteční plocha povrchu prášků z nerezové oceli potažených oxidy je vysoká a množství kyslíku se mění v závislosti na způsobu výroby prášku. Vysoké hladiny kyslíku v dílech MIM 17-4 PH vedou ke špatné odolnosti proti korozi a horším mechanickým vlastnostem, protože tyto oxidy odeberou chrómu schopnost inhibovat korozi.

 

Typické vlastnosti

Sofistikovanou technikou pro vytváření složitých, vysoce výkonných dílů z nerezové oceli je MIM. Špičková teplota, rychlost ohřevu, prostředí, doba výdrže a velikost částic prášku ovlivňují spékání nerezové oceli 17-4 PH. Řada faktorů ovlivňuje složení slitiny 17-4 PH, což má zase vliv na fáze mikrostruktury, chování při slinování a konečné vlastnosti. Primárními složkami jsou dusík z procesní atmosféry, kyslík z prášku nebo atmosféry a uhlík z prášku nebo pojiva.

 

Ideální rovnováha mezi pevností, tvrdostí a odolností proti korozi činí 17-4 PH oblíbenou volbou. Produkty z oblasti elektroniky, stomatologie, lékařství a letectví nalézají po tepelném zpracování přitažlivou směs vlastností. mění se podle složení se změnami Fe, Ni, Cu a Cr. Teplota solidu je kolem 1405 °C a teplota likvidu je přibližně 1440 °C. Mechanické vlastnosti reagují na tepelné zpracování; lomové prodloužení se pohybuje od 8 do 14 %, mez kluzu od 760 do 1240 MPa, pevnost v tahu od 1000 do 1340 MPa a tvrdost dosahuje 43 HRC.

 

Díky výjimečné kombinaci pevnosti, tvrdosti a odolnosti proti korozi je nerezová ocel 17-4 PH preferovanou volbou v průmyslu vstřikování kovů. Martenzitická nerezová ocel, která je nejčastěji precipitačně kalená, má 17-4 PH.

• Velká síla
• Extrémně těžké
• Vynikající odolnost proti korozi
• Houževnatost pro zlomeniny
• vlastnosti tepelného zpracování a svařování

 

Účinky pojiva a vázání

Pro vstřikování nerezové oceli 17-4 PH se používá mnoho pojivových systémů; nejoblíbenější jsou 60 % plniva, 30 % páteře a 10 % povrchově aktivní látky.

Vzhledem k tomu, že zbytky pojiva změní konečnou hladinu kyslíku nebo uhlíku, odstranění pojiva má dopad na konečné vlastnosti. Depolymerizace nebo extrakce rozpouštědlem je počátečním krokem při odstraňování vazeb; například parafinový vosk se rozpouští v heptanu a polyethylenglykol se rozpouští v horké vodě. Kromě toho se při katalytickém odstraňování polyoxymethylenu používá dýmavá kyselina dusičná. Nejlepší způsob, jak odstranit pojivo ve druhé fázi odstraňování pojiva, je udržovat ho při 600 až 1000 °C ve vodíkovém prostředí. Tato fáze je někdy označována jako počáteční fáze slinování.

 

Vliv parametrů slinování

Během slinování nerezové oceli 17-4 PH spolupůsobí řada proměnných, které definují konečnou hustotu, fázi, mikrostrukturu a charakteristiky. Čtyři primární složky statistické analýzy jsou tepelné zpracování, slinovací atmosféra, počáteční koncentrace kyslíku a velikost částic.

Na hustotu slinování má největší vliv teplota slinování.

 

Velikost částic

Povrchová difúze je proces, při kterém dochází k prvnímu spojení částic během slinování; menší částice s větším povrchem posílí počáteční vazbu. Jakmile dojde k pyrolýze pojiva, adheze částic základního polymeru bude nahrazena povrchovou difúzní vazbou. Difúze po hranicích zrn vyžaduje růst krčku, protože se zvyšuje slinovací vazba mezi kovovými částicemi, aby se vytvořily hranice zrn mezi částicemi. Když se vytvoří hranice zrna, velikost zrna hraje hlavní roli při slinování, když začíná smršťování, a má nepřímý vliv na rychlost slinování. Vliv počáteční velikosti částic však může být vyrovnán vyššími špičkovými teplotami nebo delší dobou zdržení.

 

Atmosféra

U nerezové oceli standardní možnosti slinovacího prostředí zahrnují vakuum, vodík, dusík, vodík-dusík a argon-vodík.


Dvě nejoblíbenější slinovací atmosféry pro nerezovou ocel 17-4 PH jsou vodík a vakuum. Po přidání uhlíku je patrný pokles oxidu. Jak křemík, tak chrom mohou zadržovat kyslík bez přidání uhlíku grafitu. K redukci oxidů dochází, když je vysoká teplota a vysoká hladina vodíku; nízký rosný bod zaručí tento proces. Studená povrchová oxidace, ke které dochází po slinování, vytvoří pasivní povlak z křemíku, železa a chrómu, který odolává korozi.

Jako silný stabilizátor austenitu má dusík vliv na vývoj martenzitu a konečné vlastnosti nerezové oceli. Při ochlazování se dusík, který je rozpustný v austenitu, vysráží jako Cr2N. Chrom v oblasti hranic zrn bude touto sraženinou vyčerpán, což způsobí rychlý výskyt lokální koroze. V důsledku toho musíme zabránit vstupu dusíku do slinovací atmosféry a ochlazovat součásti pod 900 °C rychlostí 200 °C za minutu. v nerezové oceli 17-4 PH, aby se zabránilo tvorbě nitridu chromu.

Grafit také produkuje nízké parciální tlaky oxidu uhelnatého ve vakuových pecích, a proto jsou grafitové vakuové pece úspěšné ve vakuovém slinování. Při 1300 °C a nízkém parciálním tlaku CO 0,001 dokáže přeměnit oxid chromitý na chrom.

 

 

Teplota a rychlost ohřevu

Typické slinovací cykly zahrnují eliminaci nečistot a procesy vyhoření pojiva, které zahrnují zahřívání a udržování při různých teplotách. Pro redukci nečistot je ideální teplota blízká 1000 °C, zatímco pro konečné odstranění polymeru se blíží 600 °C.

Nerezová ocel 17-4PH prochází slinovacím smrštěním při dilatometrických zkouškách při maximální rychlosti asi 1250 °C, zatímco plná hustota (98 %) vyžaduje maximální teplotu 1300 °C. Měď a chrom se však při těchto vysokých teplotách vypařují, což možná způsobí ztrátu tepelného zpracování a odolnosti proti korozi.

 

Navíc syntéze delta-feritu napomáhají vyšší teploty; rychlejší difúzí tato fáze napomůže konečnému zhuštění. Na následujícím grafu mikrostruktury MIM 17-4PH při slinování jsou viditelné bílé delta-feritové kolonie a tmavé oblasti kruhových pórů oxidu.

Mikrostruktura 1260 SS17-4 MIM

 

Kontrola uhlíku

Během procesu slinování je uhlík dalším stabilizátorem austenitu. Vyšší pevnosti a tvrdosti bude dosaženo s nízkým obsahem uhlíku v 17-4, pod 0,1 hmotnostního procenta. Fáze, zhuštění a mechanické vlastnosti nerezové oceli 17-4 PH budou ovlivněny změnou obsahu uhlíku.

 

Atomizovaný prášek procesu MIM, zbytky pojiva, cyklus odstraňování pojiv, prostředí slinování, výchozí kyslík a špičková teplota slinování jsou některé z proměnných, které ovlivňují hladinu uhlíku. Primární determinantou konečného obsahu uhlíku během slinování je počáteční hladina kyslíku. Například 0,03 % uhlíku se ztratí během vodíkového slinování 17-4 plynem atomizovaných prášků při 1343 °C. Kromě toho, zejména při nižších teplotách slinování, mohou zbytky pojiva také způsobit kontaminaci uhlíkem.

Při vodíkovém a vakuovém slinování je pevnost v tahu nerezové oceli 17-4 ovlivněna množstvím uhlíku, které je zadrženo. Buď v tepelném zpracování H900 nebo H1100, nebo ve standardním slinování při 1300 až 1360 °C. Následující obrázek ilustruje, jak se pevnost v tahu znatelně snižuje s rostoucím obsahem uhlíku.

 

Udržování času

Při slinování klesají doby zdržení při nejvyšší teplotě mezi 60 a 120 minutami. z grafu slinuté hustoty versus teplota a čas, který následuje. Jak teplota stoupá z 1240 °C na 1360 °C, vykazuje progresivní hustotu z 96,3 % na 98,3 %. Slinovací výlisky dosahují plné hustoty (98 %) po 60 minutách držení. Během této fáze se odstraní pórovitost a sníží se rychlost ničení pórů. Primárními příčinami jsou ztráta hranic zrn a únava pórovitosti.

 

Výhody MIM 17-4

Vysoká odolnost proti korozi
Vytvrzování stárnutím vyvolané tepelným zpracováním
Průmyslová pevnost a odolnost
Vynikající odolnost vůči teplu
Ideální pro komplikovanou geometrii MIM

 

Mechanické vlastnosti

Z konstrukčních zařízení se používá MIM 17-4 PH. Oblíbené srovnatelné vlastnosti jsou pevnost, tvrdost a tažnost. Kromě toho únava, mez kluzu a lomová houževnatost jsou problémy, které jsou ovlivněny několika proměnnými zpracování.

Následující obrázek shrnuje průměrné parametry 17-4 PH na základě statistické analýzy několika projektů MIM. Parametry slinování jsou zodpovědné za přibližně 60 % změn vlastností.

 

Podle průmyslové normy MIM musí mít nerezová ocel 17-4 PH minimální pevnost v tahu 790 MPa, tvrdost 27 HRC po slinování a tvrdost 1070 MPa a 33 HRC po tepelném zpracování. 4% prodloužení pro oba. Pevnost v tahu nerezové oceli 17-4PH po slinování při 1350 °C a tepelném zpracování H900 je 1280 MPa pro prášek atomizovaný plynem a 1136 MPa pro prášek atomizovaný vodou. Je třeba poznamenat, že plynem atomizovaný prášek může dosáhnout tepelně upravené pevnosti v tahu 1485 MPa s 9% prodloužením.

 

Odolnost proti korozi

Čtyři typy slinuté nerezové oceli (304, 316, 430 a 17-4) jsou podrobeny standardnímu koroznímu testování v různých situacích. Výsledky ukazují, že 17-4 je nejméně odolný vůči těmto podmínkám. Kromě toho, protože póry na slinutých součástech způsobují lokální korozi koncentrační polarizací, je tvářený materiál odolnější vůči korozi než slinutý materiál. Slinování vodíkem a plynem atomizovaný prášek jsou dvě oblíbené techniky pro zlepšení odolnosti proti korozi, protože nevýhodou je zbytkový kyslík.

S biokompatibilitou souvisí i odolnost proti korozi. Ve srovnání se slitinami titanu a kobaltu má nerezová ocel 17-4 PH dobrou cytotoxicitu, ale postrádá konkurenceschopnou celkovou biokompatibilitu.

 

Trh aplikací PH pro MIM 17-4

Vynikající mechanické vlastnosti zajišťuje nerezová ocel 17-4 PH při teplotách až 350°C. Navíc je dostatečně odolný jak pro vázový kov, tak pro svary a deformaci a tvorbu kotel lze omezit krátkým zahřátím na nízkou teplotu.

Díky své vynikající odolnosti proti korozi a teplu je nerezová ocel 17-4 pro letectví a kosmonautiku skvělou volbou pro letecké aplikace. Vysoká čistota a zahuštění prášku může zajistit životnost produktů MIM 17-4 a minimalizovat změny chyb.

Vozidla
Nejpoužívanějším materiálem při výrobě automobilů je nerezová ocel 17-4, protože se snadno zpracovává do různých tvarů. Technologie vstřikování kovů se značnou odolností také zvyšuje její kapacitu pro složitou geometrii.

Zákazníci
Díky své výjimečné odolnosti proti korozi je 17-4 široce používán ve spotřebitelských aplikacích využívajících technologii MIM. Mimořádná pevnost a tvrdost tohoto materiálu navíc zaručuje bezchybnou funkčnost.

Na závěr

MIM 17-4 PH dělá úžasné pokroky v optimalizaci strukturálních vlastností. Pro četné vhodné aplikace nabízí řadu atraktivních kombinací slinutých vlastností. Teplota slinování je primární determinantou konečných vlastností ve srovnání s typem prášku, velikostí částic, hustotou surového materiálu, dobou výdrže a dalšími parametry. Kromě toho fáze, která je přítomna ve slinutých materiálech, ovlivňuje slinuté vlastnosti.

Mezitím tepelné zpracování po slinování, sintrovaná hustota a fázová morfologie ovlivňují vlastnosti. Zatímco slinutá hustota určuje vlastnosti, izostatické lisování za tepla (HIP) je zlepšuje.

Metal Injection Molding (MIM) je stále pokročilejší s nerezovou ocelí 17-4 PH. Aby bylo možné nabídnout další aplikace pro slinuté 17-4 PH, závisí JHMIM na technologické základně MIM.