جنس میم از فولاد ضد زنگ ۱۷-۴

بررسی اجمالی MIM 17-4 PH

بر اساس استاندارد AISI 17-4 PH، فولاد ضد زنگ MIM 17-4 PH یک فولاد ضد زنگ رسوب سخت شونده مارتنزیتی است. این فولاد با ترکیبی از مقاومت در برابر خوردگی و خواص مکانیکی متمایز می‌شود.

یکی از پرکاربردترین مواد MIM در ... تزریق فلز بخش قالب‌گیری از فولاد ضد زنگ PH 17-4 استفاده می‌کند. این فلز ترکیبی عالی از مقاومت در برابر خوردگی، سختی و استحکام را ارائه می‌دهد. قطعات پیچیده با استحکام خوب به لطف ویژگی‌های استثنایی 17-4 امکان‌پذیر می‌شوند. علاوه بر این، سخت‌کاری ثانویه در طول فرآیند تف‌جوشی با تغییر پارامترهای خاص انجام می‌شود.

از آنجایی که مقاومت PH 17-4 در برابر خوردگی مشابه 304L است، اغلب در کاربردهایی که نیاز به خواص مکانیکی دارند، استفاده می‌شود.

علاوه بر این، MIM-17-4 PH با UNS S17400، AISI 630، ASTM A564، AMS 5643 و فولاد ضد زنگ 17-4 PH شناسایی می‌شود.

 

ترکیب مواد شیمیایی

ترکیب شیمیایی فولاد ضد زنگ ۱۷-۴ به همراه عناصر و درصد وزنی مربوطه در زیر فهرست شده است:

• آهن (Fe): مانده (بخش باقیمانده)
• نیکل (Ni): ۳.۰۰-۵.۰۰٪
• سیلیکون (Si): ۱.۰۰٪
• کربن (C): ۰.۰۷٪
• کروم (Cr): ۱۵.۵۰-۱۷.۵۰٪
• نیوبیوم (Nb): ۰.۱۵-۰.۴۵٪
• منگنز (Mn): ۱.۰۰٪
• مس (Cu): ۳.۰۰-۵.۰۰٪
• گوگرد (S): ۰.۰۳٪

این ترکیب، استحکام، مقاومت در برابر خوردگی و سایر خواص مناسب برای کاربردهای مختلف صنعتی را تضمین می‌کند.

فولاد ضد زنگ MIM 17-4 PH معمولاً دارای خواص مکانیکی است که 10 تا 25 درصد بدتر از فولاد ضد زنگ 17-4 PH ساخته شده است. علل اصلی عبارتند از:

معایب تف‌جوشی شامل ناخالصی‌های کربنی باقی‌مانده، منافذ و دانه‌های باقی‌مانده است.
از دست دادن عناصر ناشی از تبخیر: کروم، مس و نیکل.
ناخالصی‌های موجود: O، C و N

با کند شدن تف‌جوشی، فاز آستنیت مکعبی مرکزپر توسط اجزای کربن و نیتروژن تثبیت می‌شود. از سوی دیگر، فریت دلتا مکعبی مرکزپر سرعت تف‌جوشی را افزایش می‌دهد. فولاد ضد زنگ 17-4PH دچار واکنش‌های رسوبی می‌شود که منجر به سختی و استحکام بالا می‌شود، در حالی که فریت دلتا باقیمانده استحکام را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، مارتنزیت در طول فاز خنک‌کننده پس از تف‌جوشی رخ می‌دهد.

یک جزء کلیدی از محصول میمs اکسیژن است. سطح اولیه پودرهای فولاد ضد زنگ پوشش داده شده با اکسیدها زیاد است و مقدار اکسیژن بسته به روش تولید پودر متفاوت است. سطح بالای اکسیژن در قطعات MIM 17-4 PH منجر به مقاومت در برابر خوردگی ضعیف و ویژگی‌های مکانیکی نامطلوب می‌شود زیرا این اکسیدها توانایی کروم در مهار خوردگی را از بین می‌برند.

 

خواص معمول

یک تکنیک پیشرفته برای ایجاد قطعات پیچیده و با کارایی بالا از جنس فولاد ضد زنگ، MIM است. دمای اوج، نرخ گرمایش، محیط، مدت زمان نگهداری و اندازه ذرات پودر، همگی بر نحوه پخت فولاد ضد زنگ 17-4 PH تأثیر می‌گذارند. عوامل متعددی بر ترکیب آلیاژ 17-4 PH تأثیر می‌گذارند که به نوبه خود بر فازهای ریزساختار، رفتار پخت و ویژگی‌های نهایی تأثیر می‌گذارد. نیتروژن از اتمسفر فرآیند، اکسیژن از پودر یا اتمسفر و کربن از پودر یا چسب، اجزای اصلی هستند.

 

تعادل ایده‌آل بین استحکام، سختی و مقاومت در برابر خوردگی، 17-4 PH را به انتخابی محبوب تبدیل می‌کند. محصولات در زمینه‌های الکترونیک، دندانپزشکی، پزشکی و هوافضا پس از عملیات حرارتی، ترکیبی از این کیفیت‌ها را جذاب می‌یابند. این کیفیت‌ها بسته به ترکیب، با تغییرات در آهن، نیکل، مس و کروم، متفاوت هستند. دمای سالیدوس حدود 1405 درجه سانتیگراد و دمای لیکوئیدوس تقریباً 1440 درجه سانتیگراد است. کیفیت‌های مکانیکی به عملیات حرارتی واکنش نشان می‌دهند؛ ازدیاد طول شکست از 8 تا 14 درصد، استحکام تسلیم از 760 تا 1240 مگاپاسکال، استحکام کششی از 1000 تا 1340 مگاپاسکال و سختی به 43 راکول آرسی می‌رسد.

 

ترکیب استثنایی استحکام، سختی و مقاومت در برابر خوردگی، فولاد ضد زنگ 17-4 PH را به انتخابی ترجیحی در صنعت قالب‌گیری تزریقی فلز تبدیل می‌کند. فولاد ضد زنگ مارتنزیتی که معمولاً رسوب سختی می‌شود، 17-4 PH است.

• قدرت زیاد
• بسیار سخت
• مقاومت فوق‌العاده در برابر خوردگی
• استحکام در برابر شکستگی
• ویژگی‌های عملیات حرارتی و جوشکاری

 

اثرات اتصال‌دهنده و جداکننده‌ی چسب

برای قالب‌گیری تزریقی فولاد ضد زنگ 17-4 PH، از سیستم‌های اتصال‌دهنده زیادی استفاده می‌شود؛ محبوب‌ترین آن‌ها 60٪ پرکننده، 30٪ ستون فقرات و 10٪ سورفکتانت است.

از آنجا که مواد چسبنده باقی مانده، سطح اکسیژن یا کربن نهایی را تغییر می‌دهند، جداسازی پیوند بر ویژگی‌های نهایی تأثیر می‌گذارد. جداسازی پلیمریزاسیون یا استخراج حلال، مرحله اولیه جداسازی پیوند است؛ به عنوان مثال، موم پارافین در هپتان و پلی اتیلن گلیکول در آب داغ حل می‌شوند. علاوه بر این، از اسید نیتریک دودزا در جداسازی کاتالیزوری برای حذف پلی اکسی متیلن استفاده می‌شود. بهترین راه برای حذف چسب در مرحله دوم جداسازی پیوند، نگه داشتن آن در دمای 600 تا 1000 درجه سانتیگراد در محیط هیدروژن است. این مرحله گاهی اوقات به عنوان مرحله شروع پخت نامیده می‌شود.

 

تأثیر پارامتر زینترینگ

تعدادی از متغیرها در طول پخت فولاد ضد زنگ 17-4 PH برای تعریف چگالی نهایی، فاز، ریزساختار و مشخصات آن با هم تعامل دارند. چهار جزء اصلی تجزیه و تحلیل آماری عبارتند از عملیات حرارتی، اتمسفر پخت، غلظت اولیه اکسیژن و اندازه ذرات.

دمای تفجوشی بیشترین تأثیر را بر چگالی تفجوشی دارد.

 

اندازه ذرات

نفوذ سطحی فرآیندی است که طی آن اولین پیوند ذرات در طول تف‌جوشی رخ می‌دهد؛ یک ذره کوچکتر با مساحت سطح بزرگتر، پیوند اولیه را تقویت می‌کند. چسبندگی ذرات پلیمر اصلی پس از انجام پیرولیز چسباننده، با پیوند نفوذ سطحی جایگزین می‌شود. نفوذ مرز دانه نیاز به رشد گردن دارد زیرا پیوند تف‌جوشی بین ذرات فلزی افزایش می‌یابد تا مرز دانه بین ذرات ایجاد شود. هنگامی که مرز دانه تشکیل می‌شود، اندازه دانه نقش مهمی در تف‌جوشی ایفا می‌کند، زمانی که انقباض شروع می‌شود و تأثیر معکوسی بر سرعت تف‌جوشی دارد. با این حال، تأثیر اندازه اولیه ذرات را می‌توان با دمای اوج بالاتر یا زمان نگهداری طولانی‌تر خنثی کرد.

 

جو

در فولاد ضد زنگ، گزینه‌های استاندارد محیط زینترینگ شامل خلاء، هیدروژن، نیتروژن، هیدروژن-نیتروژن و آرگون-هیدروژن است.


دو اتمسفر محبوب برای تف‌جوشی فولاد ضد زنگ 17-4 PH هیدروژن و خلاء هستند. با افزودن کربن، افت قابل توجهی در اکسید مشاهده می‌شود. هم سیلیکون و هم کروم می‌توانند بدون افزودن کربن گرافیت، اکسیژن را در خود نگه دارند. کاهش اکسید زمانی رخ می‌دهد که دما بالا و سطح هیدروژن بالا باشد؛ نقطه شبنم پایین این فرآیند را تضمین می‌کند. اکسیداسیون سطح سرد که پس از تف‌جوشی رخ می‌دهد، یک پوشش غیرفعال از سیلیکون، آهن و کروم ایجاد می‌کند که در برابر خوردگی مقاوم است.

نیتروژن به عنوان یک تثبیت‌کننده قوی آستنیت، بر توسعه مارتنزیت و ویژگی‌های نهایی فولاد ضد زنگ تأثیر می‌گذارد. با سرد شدن، نیتروژن که در آستنیت محلول است، به صورت Cr2N رسوب می‌کند. کروم موجود در ناحیه مرز دانه توسط این رسوب تخلیه می‌شود که باعث می‌شود خوردگی موضعی به سرعت رخ دهد. در نتیجه، باید از ورود نیتروژن به جو پخت جلوگیری کنیم و قطعات را با سرعت ۲۰۰ درجه سانتیگراد در دقیقه تا دمای زیر ۹۰۰ درجه سانتیگراد خنک کنیم. در فولاد ضد زنگ ۱۷-۴ PH برای جلوگیری از تولید نیترید کروم.

گرافیت همچنین در کوره‌های خلاء، فشارهای جزئی پایینی از مونوکسید کربن تولید می‌کند، به همین دلیل کوره‌های خلاء گرافیتی در تف‌جوشی خلاء موفق هستند. در دمای ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد و فشار جزئی پایین CO برابر با ۰.۰۰۱، می‌تواند اکسید کروم را به کروم تبدیل کند.

 

 

دما و نرخ گرمایش

چرخه‌های معمول زینترینگ شامل فرآیندهای حذف ناخالصی و فرسودگی چسب است که مستلزم گرمایش و نگهداری در دماهای مختلف است. برای کاهش ناخالصی، دمای ایده‌آل نزدیک به ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد است، در حالی که برای حذف نهایی پلیمر، نزدیک به ۶۰۰ درجه سانتیگراد است.

فولاد ضد زنگ 17-4PH در آزمایش دیلاتومتری در حداکثر سرعت حدود 1250 درجه سانتیگراد دچار انقباض پخت می‌شود، در حالی که برای رسیدن به چگالی کامل (98%) به حداکثر دمای 1300 درجه سانتیگراد نیاز است. با این حال، مس و کروم در این دماهای بالا تبخیر می‌شوند و شاید باعث از دست رفتن عملیات حرارتی و مقاومت در برابر خوردگی شوند.

 

علاوه بر این، سنتز دلتا فریت با دمای بالاتر تسهیل می‌شود؛ با نفوذ سریع‌تر، این فاز به تراکم نهایی کمک می‌کند. کلونی‌های سفید دلتا فریت و نواحی تیره از منافذ اکسید دایره‌ای در نمودار ریزساختار زیر از MIM 17-4PH در حال تفجوشی قابل مشاهده هستند.

ریزساختار 1260 SS17-4 MIM

 

کنترل کربن

در طول فرآیند تف‌جوشی، کربن یکی دیگر از پایدارکننده‌های آستنیت است. با کاهش میزان کربن باقیمانده در فولاد 17-4، کمتر از 0.1 درصد وزنی، استحکام و سختی بالاتری حاصل می‌شود. فازها، تراکم و ویژگی‌های مکانیکی فولاد ضد زنگ 17-4 PH همگی تحت تأثیر تغییر میزان کربن قرار خواهند گرفت.

 

پودر اتمیزه شده فرآیند MIM، باقیمانده‌های چسب، چرخه جداسازی چسب، محیط پخت، اکسیژن اولیه و دمای اوج پخت، برخی از متغیرهایی هستند که بر میزان کربن تأثیر می‌گذارند. عامل اصلی تعیین‌کننده میزان نهایی کربن در طول پخت، میزان اکسیژن اولیه است. به عنوان مثال، 0.03٪ کربن در طول پخت هیدروژنی پودرهای اتمیزه شده با گاز 17-4 در دمای 1343 درجه سانتیگراد از دست می‌رود. علاوه بر این، به ویژه در دماهای پخت پایین‌تر، باقیمانده‌های چسب نیز می‌توانند باعث آلودگی کربن شوند.

در تف‌جوشی هیدروژنی و خلاء، استحکام کششی فولاد ضد زنگ ۱۷-۴ تحت تأثیر مقادیر کربنی است که حفظ می‌شود. در عملیات حرارتی H900 یا H1100، یا در تف‌جوشی استاندارد در دمای ۱۳۰۰ تا ۱۳۶۰ درجه سانتیگراد. تصویر زیر نشان می‌دهد که چگونه با افزایش محتوای کربن، استحکام کششی به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.

 

حفظ زمان

در تف‌جوشی، زمان نگهداری در بالاترین دما بین ۶۰ تا ۱۲۰ دقیقه کاهش می‌یابد. نمودار چگالی تف‌جوشی شده بر حسب دما و زمان که در ادامه آمده است، نشان می‌دهد که با افزایش دما از ۱۲۴۰ درجه سانتی‌گراد به ۱۳۶۰ درجه سانتی‌گراد، چگالی از ۹۶.۳٪ به ۹۸.۳٪ افزایش می‌یابد. قطعات فشرده تف‌جوشی پس از ۶۰ دقیقه نگهداری به چگالی کامل (۹۸٪) می‌رسند. تخلخل در این مرحله حذف شده و سرعت نابودی منافذ کاهش می‌یابد. از بین رفتن مرز دانه‌ها و خستگی تخلخل از دلایل اصلی هستند.

 

مزایای MIM 17-4

مقاومت بالا در برابر خوردگی
پیرسختی ناشی از عملیات حرارتی
استحکام و دوام صنعتی
مقاومت برجسته در برابر حرارت
ایده‌آل برای هندسه پیچیده MIM

 

ویژگی‌های مکانیکی

در مورد قطعات سازه‌ای، از MIM 17-4 PH استفاده می‌شود. ویژگی‌های قابل مقایسه مورد علاقه عبارتند از استحکام، سختی و ازدیاد طول. علاوه بر این، خستگی، استحکام تسلیم و چقرمگی شکست مسائلی هستند که تحت تأثیر چندین متغیر پردازش قرار می‌گیرند.

تصویر زیر خلاصه‌ای از پارامترهای میانگین PH 17-4 را بر اساس تحلیل آماری چندین پروژه MIM نشان می‌دهد. پارامترهای زینترینگ مسئول حدود ۶۰٪ از تغییرات در خواص هستند.

 

طبق استاندارد صنعتی MIM، فولاد ضد زنگ 17-4 PH باید حداقل استحکام کششی 790 مگاپاسکال، سختی 27 HRC پس از تفجوشی و سختی 1070 مگاپاسکال و 33 HRC پس از عملیات حرارتی داشته باشد. 4٪ ازدیاد طول برای هر دو. استحکام کششی فولاد ضد زنگ 17-4PH پس از تفجوشی در دمای 1350 درجه سانتیگراد و عملیات حرارتی H900 برای پودر اتمیزه شده با گاز 1280 مگاپاسکال و برای پودر اتمیزه شده با آب 1136 مگاپاسکال است. لازم به ذکر است که پودر اتمیزه شده با گاز می‌تواند به استحکام کششی عملیات حرارتی شده 1485 مگاپاسکال با 9٪ ازدیاد طول دست یابد.

 

مقاومت در برابر خوردگی

چهار نوع فولاد ضد زنگ تف جوشی شده (304، 316، 430 و 17-4) در شرایط مختلف تحت آزمایش خوردگی استاندارد قرار گرفتند. نتایج نشان می‌دهد که 17-4 کمترین مقاومت را در برابر این شرایط دارد. علاوه بر این، از آنجا که منافذ روی اجزای تف جوشی شده با قطبش غلظتی باعث خوردگی موضعی می‌شوند، مواد کار شده نسبت به مواد تف جوشی شده در برابر خوردگی مقاوم‌تر هستند. تف جوشی هیدروژنی و پودر اتمیزه شده گازی دو تکنیک محبوب برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی هستند زیرا اکسیژن باقیمانده یک عیب است.

مقاومت در برابر خوردگی همچنین به زیست سازگاری مربوط می‌شود. در مقایسه با آلیاژهای تیتانیوم و کبالت، فولاد ضد زنگ 17-4 PH سمیت سلولی خوبی دارد اما فاقد زیست سازگاری کلی قابل رقابت است.

 

بازار کاربرد PH برای MIM 17-4

فولاد ضد زنگ 17-4 PH در دماهای بالا تا 350 درجه سانتیگراد، کیفیت مکانیکی فوق‌العاده‌ای ارائه می‌دهد. علاوه بر این، برای فلز پایه و جوشکاری به اندازه کافی بادوام است و تاب برداشتن و پوسته پوسته شدن را می‌توان با حرارت دادن در دمای پایین برای مدت کوتاهی کاهش داد.

به دلیل مقاومت عالی در برابر خوردگی و حرارت، فولاد ضد زنگ هوافضا 17-4 انتخاب بسیار خوبی برای کاربردهای هوافضا است. خلوص و تراکم بالای پودر می‌تواند طول عمر محصولات MIM 17-4 را تضمین کرده و تغییر خطا را به حداقل برساند.

وسایل نقلیه
پرکاربردترین ماده در تولید خودرو، فولاد ضد زنگ ۱۷-۴ است زیرا به راحتی می‌توان آن را به شکل‌های مختلف تبدیل کرد. با دوام قابل توجه، فناوری قالب‌گیری تزریقی فلز، ظرفیت آن را برای هندسه‌های پیچیده نیز افزایش می‌دهد.

مشتریان
به دلیل مقاومت استثنایی در برابر خوردگی، 17-4 به طور گسترده در کاربردهای مصرفی با استفاده از فناوری MIM مورد استفاده قرار می‌گیرد. علاوه بر این، استحکام و سختی استثنایی این ماده، عملکرد بدون خطا را تضمین می‌کند.

در نتیجه،

MIM 17-4 PH گام‌های شگفت‌انگیزی در بهینه‌سازی خواص ساختاری برمی‌دارد. برای کاربردهای مناسب متعدد، ترکیبات جذابی از خواص تف‌جوشی را ارائه می‌دهد. دمای تف‌جوشی، در مقایسه با نوع پودر، اندازه ذرات، چگالی خام، مدت زمان نگهداری و سایر پارامترها، تعیین‌کننده اصلی ویژگی‌های نهایی است. علاوه بر این، فاز موجود در مواد تف‌جوشی بر خواص تف‌جوشی تأثیر می‌گذارد.

در عین حال، عملیات حرارتی پس از تفجوشی، چگالی تفجوشی و مورفولوژی فاز، همگی بر ویژگی‌ها تأثیر می‌گذارند. در حالی که چگالی تفجوشی، ویژگی‌ها را تعیین می‌کند، پرس ایزواستاتیک گرم (HIP) آنها را بهبود می‌بخشد.

قالب‌گیری تزریقی فلز (MIM) با فولاد ضد زنگ 17-4 PH به طور فزاینده‌ای در حال پیشرفت است. JHMIM برای ارائه کاربردهای بیشتر برای فولاد متخلخل 17-4 PH، به پایه فناوری MIM متکی است.