matériau mim acier inoxydable 17-4

Présentation du MIM 17-4 PH

Basé sur la norme AISI 17-4 PH, le MIM 17-4 PH est un acier inoxydable martensitique à durcissement par précipitation. Il se distingue par sa résistance à la corrosion et ses qualités mécaniques.

L'un des matériaux MIM les plus utilisés dans le injection de métal L'acier inoxydable 17-4 PH est l'acier le plus utilisé dans le secteur du moulage. Ce métal offre une excellente combinaison de résistance à la corrosion, de dureté et de résistance mécanique. Ses propriétés exceptionnelles permettent de fabriquer des pièces complexes d'une grande résistance. De plus, un durcissement secondaire est réalisé lors du frittage en modifiant certains paramètres.

Étant donné que le 17-4 PH résiste à la corrosion de la même manière que le 304L, il est fréquemment utilisé dans les applications nécessitant des propriétés mécaniques.

De plus, le MIM-17-4 PH est identifié par UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 et l'acier inoxydable 17-4 PH.

 

Composition des produits chimiques

La composition chimique de l'acier inoxydable 17-4 est indiquée ci-dessous, avec les éléments et leurs pourcentages pondéraux respectifs :

• Fer (Fe) : Solde (partie restante)
• Nickel (Ni) : 3,00-5,00%
• Silicium (Si) : 1,00%
• Carbone (C) : 0,07%
• Chrome (Cr) : 15,50-17,50%
• Niobium (Nb) : 0,15-0,45%
• Manganèse (Mn) : 1,00%
• Cuivre (Cu) : 3,00-5,00%
• Soufre (S) : 0,03%

La composition garantit la solidité du matériau, sa résistance à la corrosion et d'autres propriétés adaptées à diverses applications industrielles.

L'acier inoxydable MIM 17-4 PH présente généralement des propriétés mécaniques inférieures de 10 à 25 % à celles de l'acier inoxydable 17-4 PH corroyé. Les principales causes sont les suivantes :

Les défauts de frittage comprennent des impuretés de carbone persistantes, des pores retenus et des grains.
Perte d'éléments induite par évaporation : Cr, Cu et Ni.
Inclusion d'impuretés : O, C et N.

Grâce au frittage lent, la phase austénite cubique à faces centrées est stabilisée par les composés carbone et azote. En revanche, la ferrite delta cubique à faces centrées accélère le frittage. L'acier inoxydable 17-4PH subit des réactions de précipitation qui lui confèrent une dureté et une résistance élevées, tandis que la ferrite delta résiduelle diminue sa résistance. De plus, de la martensite apparaît lors du refroidissement après frittage.

Un élément clé de Produit Mims représente l'oxygène. La surface initiale des poudres d'acier inoxydable revêtues d'oxydes est élevée, et la quantité d'oxygène varie selon le procédé de fabrication. Une teneur élevée en oxygène dans les pièces en MIM 17-4 PH entraîne une faible résistance à la corrosion et des caractéristiques mécaniques inférieures, car ces oxydes privent le chrome de sa capacité à inhiber la corrosion.

 

Les propriétés typiques

Le MIM est une technique sophistiquée permettant de créer des pièces complexes en acier inoxydable hautes performances. La température maximale, la vitesse de chauffe, l'environnement, la durée de maintien et la granulométrie de la poudre influencent le frittage de l'acier inoxydable 17-4 PH. De nombreux facteurs influencent la composition de l'alliage 17-4 PH, ce qui influence à son tour les phases de la microstructure, le comportement au frittage et les caractéristiques finales. Les principaux composants sont l'azote présent dans l'atmosphère du procédé, l'oxygène présent dans la poudre ou l'atmosphère, et le carbone présent dans la poudre ou le liant.

 

L'équilibre idéal entre résistance, dureté et résistance à la corrosion fait du 17-4 PH un choix populaire. Les produits des secteurs de l'électronique, de la dentisterie, de la médecine et de l'aérospatiale apprécient ce mélange de qualités après traitement thermique. La composition varie selon les métaux, avec des variations en Fe, Ni, Cu et Cr. La température de solidus est d'environ 1405 °C et celle de liquidus d'environ 1440 °C. Les propriétés mécaniques sont sensibles au traitement thermique : l'allongement à la rupture varie de 8 à 14 %, la limite d'élasticité de 760 à 1240 MPa, la résistance à la traction de 1000 à 1340 MPa et la dureté atteint 43 HRC.

 

L'association exceptionnelle de résistance, de dureté et de résistance à la corrosion de l'acier inoxydable 17-4 PH en fait un choix privilégié pour l'industrie du moulage par injection de métaux. L'acier inoxydable martensitique le plus couramment durci par précipitation est le 17-4 PH.

• Grande force
• Extrêmement dur
• Superbe résistance à la corrosion
• Résistance aux fractures
• caractéristiques du traitement thermique et du soudage

 

Effets du liant et du déliantage

Pour le moulage par injection d'acier inoxydable 17-4 PH, de nombreux systèmes de liants sont utilisés ; les plus populaires sont 60 % de charge, 30 % de squelette et 10 % de tensioactif.

Comme les ingrédients liants restants modifient les teneurs finales en oxygène ou en carbone, le déliantage a un impact sur les caractéristiques finales. La dépolymérisation, ou extraction par solvant, constitue la première étape du déliantage ; par exemple, la paraffine se dissout dans l'heptane et le polyéthylène glycol dans l'eau chaude. De plus, l'acide nitrique fumant est utilisé en déliantage catalytique pour éliminer le polyoxyméthylène. La meilleure façon d'éliminer le liant lors de la deuxième étape du déliantage est de le maintenir entre 600 et 1 000 °C dans un environnement d'hydrogène. Cette phase est parfois appelée « début du frittage ».

 

Impact des paramètres de frittage

Plusieurs variables interagissent lors du frittage de l'acier inoxydable 17-4 PH pour définir la densité, la phase, la microstructure et les caractéristiques finales. Les quatre principaux éléments de l'analyse statistique sont le traitement thermique, l'atmosphère de frittage, la concentration initiale en oxygène et la granulométrie.

La température de frittage a le plus d’influence sur la densité frittée.

 

La taille des particules

La diffusion superficielle est le processus par lequel la première liaison des particules se produit lors du frittage ; une particule plus petite et de plus grande surface renforcera la liaison initiale. L'adhérence des particules du polymère squelette sera remplacée par une liaison superficielle par diffusion après la pyrolyse du liant. La diffusion superficielle nécessite une croissance du col à mesure que la liaison de frittage entre les particules métalliques augmente afin de créer des joints de grains entre elles. Lors de la formation du joint de grains, la taille des grains joue un rôle majeur dans le frittage, lorsque le retrait commence, et a un effet inverse sur la vitesse de frittage. Cependant, l'impact de la taille initiale des particules peut être compensé par des températures de pointe plus élevées ou des temps de maintien plus longs.

 

L'atmosphère

En acier inoxydable, les options d’environnement de frittage standard incluent le vide, l’hydrogène, l’azote, l’hydrogène-azote et l’argon-hydrogène.


Les deux atmosphères de frittage les plus courantes pour l'acier inoxydable 17-4 PH sont l'hydrogène et le vide. L'ajout de carbone entraîne une diminution notable de la teneur en oxyde. Le silicium et le chrome peuvent tous deux retenir l'oxygène sans l'ajout de carbone du graphite. La réduction de l'oxyde se produit lorsque la température et la teneur en hydrogène sont élevées ; un point de rosée bas garantit ce processus. L'oxydation superficielle à froid qui se produit après le frittage crée un revêtement passif de silicium, de fer et de chrome résistant à la corrosion.

En tant que puissant stabilisateur de l'austénite, l'azote influence le développement de la martensite et les caractéristiques finales de l'acier inoxydable. En refroidissant, l'azote, soluble dans l'austénite, précipite sous forme de Cr₂N. Ce précipité épuise le chrome présent aux joints de grains, ce qui provoque rapidement une corrosion localisée. Il est donc nécessaire d'empêcher la pénétration d'azote dans l'atmosphère de frittage et de refroidir les composants à une température inférieure à 900 °C, à raison de 200 °C par minute. L'acier inoxydable 17-4 PH est utilisé pour prévenir la formation de nitrure de chrome.

Le graphite produit également de faibles pressions partielles de monoxyde de carbone dans les fours à vide, ce qui explique l'efficacité de ces fours pour le frittage sous vide. À 1 300 °C et une faible pression partielle de CO2 de 0,001, il peut convertir l'oxyde de chrome en chrome.

 

 

Température et vitesse de chauffage

Les cycles de frittage classiques incluent des processus d'élimination des impuretés et de combustion du liant, impliquant un chauffage et un maintien à différentes températures. Pour la réduction des impuretés, la température idéale est proche de 1 000 °C, tandis que pour l'élimination finale du polymère, elle est proche de 600 °C.

L'acier inoxydable 17-4PH subit un retrait par frittage lors des essais de dilatométrie à un pic d'environ 1 250 °C, tandis que sa pleine densité (98 %) nécessite une température maximale de 1 300 °C. Le cuivre et le chrome s'évaporent cependant à ces températures élevées, ce qui peut entraîner une perte de résistance au traitement thermique et à la corrosion.

 

De plus, la synthèse de la ferrite delta est facilitée par des températures plus élevées ; grâce à une diffusion plus rapide, cette phase favorisera la densification finale. Des colonies de ferrite delta blanches et des zones sombres de pores d'oxyde circulaires sont visibles sur le graphique de la microstructure du MIM 17-4PH en cours de frittage.

La microstructure du MIM 1260 SS17-4

 

Contrôle du carbone

Lors du frittage, le carbone agit également comme stabilisateur de l'austénite. Une faible teneur en carbone résiduel (moins de 0,1 % en poids) permet d'obtenir une résistance et une dureté supérieures dans l'acier inoxydable 17-4 PH. Les phases, la densification et les caractéristiques mécaniques de l'acier inoxydable 17-4 PH sont influencées par la variation de la teneur en carbone.

 

La poudre atomisée, les résidus de liant, le cycle de déliantage, l'environnement de frittage, l'oxygène initial et la température de frittage maximale du procédé MIM sont quelques-unes des variables qui influencent la teneur en carbone. Le principal déterminant de la teneur finale en carbone lors du frittage est la teneur initiale en oxygène. Par exemple, 0,03 % de carbone est perdu lors du frittage sous hydrogène de poudres atomisées au gaz 17-4 à 1 343 °C. De plus, notamment à basse température de frittage, les résidus de liant peuvent également entraîner une contamination du carbone.

Lors du frittage sous hydrogène et sous vide, la résistance à la traction de l'acier inoxydable 17-4 est influencée par la teneur en carbone retenue. L'acier est traité soit par traitement thermique H900 ou H1100, soit par frittage standard à 1300-1360 °C. L'image suivante illustre la diminution sensible de la résistance à la traction lorsque la teneur en carbone augmente.

 

Maintenir le temps

Lors du frittage, les temps de maintien à la température maximale se situent entre 60 et 120 minutes, comme le montre le graphique ci-dessous, qui représente la densité du matériau fritté en fonction de la température et du temps. Lorsque la température augmente de 1 240 °C à 1 360 °C, la densité passe progressivement de 96,3 % à 98,3 %. Les compacts de frittage atteignent leur densité maximale (98 %) après 60 minutes de maintien. La porosité est éliminée et le taux d'annihilation des pores diminue pendant cette phase. La perte de joints de grains et la fatigue de la porosité en sont les principales causes.

 

Avantages du MIM 17-4

Haute résistance à la corrosion
Durcissement par vieillissement induit par traitement thermique
Résistance et durabilité industrielles
Résistance exceptionnelle à la chaleur
Idéal pour la géométrie complexe du MIM

 

Caractéristiques mécaniques

Pour les dispositifs structurels, le MIM 17-4 PH est utilisé. Ses caractéristiques comparables les plus courantes sont la résistance, la dureté et l'allongement. De plus, la fatigue, la limite d'élasticité et la ténacité à la rupture sont des facteurs qui dépendent de plusieurs variables de traitement.

L'image suivante résume les paramètres moyens du 17-4 PH, basés sur l'analyse statistique de plusieurs projets MIM. Les paramètres de frittage sont responsables d'environ 60 % de la variation des propriétés.

 

Selon la norme industrielle MIM, l'acier inoxydable 17-4 PH doit présenter une résistance à la traction minimale de 790 MPa, une dureté de 27 HRC après frittage et une dureté de 1 070 MPa et 33 HRC après traitement thermique. L'allongement est de 4 % pour les deux. La résistance à la traction de l'acier inoxydable 17-4 PH après frittage à 1 350 °C et traitement thermique H900 est de 1 280 MPa pour la poudre atomisée au gaz et de 1 136 MPa pour la poudre atomisée à l'eau. Il est à noter que la poudre atomisée au gaz peut atteindre une résistance à la traction de 1 485 MPa après traitement thermique avec un allongement de 9 %.

 

Résistance à la corrosion

Quatre types d'acier inoxydable fritté (304, 316, 430 et 17-4) sont soumis à des essais de corrosion standard dans diverses situations. Les résultats montrent que le 17-4 est le moins résistant à ces conditions. De plus, comme les pores des composants frittés provoquent une corrosion locale par polarisation de concentration, le matériau corroyé est plus résistant à la corrosion que le matériau fritté. Le frittage à l'hydrogène et la poudre atomisée au gaz sont deux techniques courantes pour améliorer la résistance à la corrosion, l'oxygène résiduel étant un inconvénient.

La résistance à la corrosion est également liée à la biocompatibilité. Comparé aux alliages de titane et de cobalt, l'acier inoxydable 17-4 PH présente une bonne cytotoxicité, mais une biocompatibilité globale insuffisante.

 

Marché des applications PH pour MIM 17-4

L'acier inoxydable 17-4 PH offre d'excellentes qualités mécaniques à des températures allant jusqu'à 350 °C. De plus, il est suffisamment résistant pour les applications en vase et les soudures, et le gauchissement et l'écaillage peuvent être réduits par un chauffage à basse température pendant une courte période.

Grâce à sa résistance supérieure à la corrosion et à la chaleur, l'acier inoxydable 17-4 est un excellent choix pour les applications aéronautiques. La grande pureté de la poudre et sa densification garantissent la durée de vie des produits MIM 17-4 et minimisent les erreurs.

Véhicules
Le matériau le plus utilisé dans la production automobile est l'acier inoxydable 17-4, car il est facile à usiner dans une variété de formes. Grâce à sa durabilité remarquable, la technologie de moulage par injection de métal améliore également sa capacité à réaliser des géométries complexes.

Clients
Grâce à son exceptionnelle résistance à la corrosion, le 17-4 est largement utilisé dans les applications grand public utilisant la technologie MIM. De plus, sa résistance et sa dureté exceptionnelles garantissent un fonctionnement sans faille.

En conclusion

Le MIM 17-4 PH réalise des progrès remarquables dans l'optimisation des propriétés structurelles. Pour de nombreuses applications, il offre une variété de combinaisons intéressantes de propriétés de frittage. La température de frittage est le principal déterminant des propriétés finales, comparée au type de poudre, à la granulométrie, à la densité à vert, au temps de maintien et à d'autres paramètres. De plus, la phase présente dans les matériaux frittés influence les propriétés de frittage.

Parallèlement, le traitement thermique post-frittage, la densité frittée et la morphologie de phase influencent les caractéristiques. Si la densité frittée détermine les caractéristiques, la compression isostatique à chaud (CIC) les améliore.

Le moulage par injection de métal (MIM) connaît une croissance fulgurante grâce à l'acier inoxydable 17-4 PH. Pour offrir de nouvelles applications au 17-4 PH fritté, JHMIM s'appuie sur la technologie MIM.