mim materijal nehrđajući čelik 17-4

Pregled MIM 17-4 PH

Temeljen na standardu AISI 17-4 PH, MIM 17-4 PH je martenzitni nehrđajući čelik koji otvrdnjava taloženjem. Odlikuje se spojem otpornosti na koroziju i mehaničkih svojstava.

Jedan od najčešće korištenih MIM materijala u sektoru brizganja metala je nehrđajući čelik 17-4 PH. Ovaj metal ima izvrsnu kombinaciju otpornosti na koroziju, tvrdoće i snage. Složeni komadi dobre čvrstoće omogućeni su iznimnim kvalitetama 17-4. Nadalje, sekundarno otvrdnjavanje provodi se tijekom procesa sinteriranja modificiranjem određenih parametara.

Budući da je 17-4 PH otporan na koroziju slično 304L, često se koristi u aplikacijama koje zahtijevaju mehanička svojstva.

Dodatno, MIM-17-4 PH identificiran je prema UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 i nehrđajućem čeliku 17-4 PH.

 

Sastav kemikalija

Kemijski sastav nehrđajućeg čelika 17-4 naveden je u nastavku, s elementima i njihovim težinskim postocima:

• Željezo (Fe):Saldo (preostali dio)
• Nikal (Ni):3,00-5,00%
• Silicij (Si):1,00%
• Ugljik (C):0,07%
• Krom (Cr):15,50-17,50%
• Niobij (Nb):0,15-0,45%
• Mangan (Mn):1,00%
• Bakar (Cu):3,00-5,00%
• Sumpor (S):0,03%

Sastav osigurava čvrstoću materijala, otpornost na koroziju i druga svojstva pogodna za razne industrijske primjene.

Nehrđajući čelik MIM 17-4 PH obično ima mehanička svojstva koja su 10–25% lošija od kovanog čelika 17-4 PH. Primarni uzroci uključuju:

Nedostaci sinteriranja uključuju zaostale nečistoće ugljika, zadržane pore i zrnca.
Gubitak elemenata izazvan isparavanjem: Cr, Cu i Ni.
Uključivanje nečistoća: O, C i N.

Usporenim sinteriranjem, fazu kubičnog austenita s čeonim središtem stabiliziraju komponente ugljika i dušika. S druge strane, kubični delta ferit u središtu tijela ubrzat će tempo sinteriranja. Nehrđajući čelik 17-4PH podliježe reakcijama taloženja koje rezultiraju visokom tvrdoćom i čvrstoćom, dok zaostali delta-ferit smanjuje čvrstoću. Osim toga, martenzit se pojavljuje tijekom faze hlađenja nakon sinteriranja.

Ključna komponenta MIM proizvoda je kisik. Početna površina praha nehrđajućeg čelika obloženog oksidima je velika, a količina kisika varira ovisno o načinu proizvodnje praha. Visoke razine kisika u dijelovima MIM 17-4 PH dovode do slabe otpornosti na koroziju i inferiornih mehaničkih karakteristika budući da će ti oksidi oduzeti sposobnost kroma da inhibira koroziju.

 

Tipična svojstva

Sofisticirana tehnika za izradu zamršenih dijelova od nehrđajućeg čelika visokih performansi je MIM. Vršna temperatura, brzina zagrijavanja, okolina, trajanje držanja i veličina čestica praha utječu na sinteriranje nehrđajućeg čelika 17-4 PH. Brojni čimbenici utječu na sastav legure 17-4 PH, što pak utječe na faze mikrostrukture, ponašanje pri sinteriranju i konačne karakteristike. Dušik iz procesne atmosfere, kisik iz praha ili atmosfere i ugljik iz praha ili veziva su primarne komponente.

 

Idealna ravnoteža čvrstoće, tvrdoće i otpornosti na koroziju čini 17-4 PH popularnim izborom. Proizvodi u području elektronike, stomatologije, medicine i zrakoplovstva smatraju da je mješavina kvaliteta privlačna nakon toplinske obrade. variraju prema sastavu, s promjenama u Fe, Ni, Cu i Cr. Temperatura solidusa je oko 1405°C, a likvidusa oko 1440°C. Mehanička svojstva su osjetljiva na toplinsku obradu; istezanje pri lomu je od 8 do 14%, granica razvlačenja od 760 do 1240 MPa, vlačna čvrstoća od 1000 do 1340 MPa, a tvrdoća doseže 43 HRC.

 

Iznimna kombinacija čvrstoće, tvrdoće i otpornosti na koroziju čini nehrđajući čelik 17-4 PH preferiranim izborom u industriji injekcijskog prešanja metala. Martenzitni nehrđajući čelik koji je najčešće taloženo kaljen ima 17-4 PH.

• Velika snaga
• Izuzetno teško
• Izvrsna otpornost na koroziju
• Žilavost za lomove
• karakteristike toplinske obrade i zavarivanja

 

Učinci veziva i odvajanja

Za injekcijsko prešanje od nehrđajućeg čelika 17-4 PH koriste se mnogi sustavi veziva; najpopularniji su 60% punila, 30% okosnice i 10% surfaktanta.

Budući da će preostali sastojci veziva promijeniti konačne razine kisika ili ugljika, uklanjanje veziva ima utjecaj na konačne karakteristike. Depolimerizacija ili ekstrakcija otapalom je početni korak u uklanjanju veziva; na primjer, parafinski vosak se otapa u heptanu, a politilen glikol se otapa u vrućoj vodi. Štoviše, dimljena dušična kiselina koristi se u katalitičkom uklanjanju veziva za uklanjanje polioksimetilena. Najbolji način uklanjanja veziva u drugoj fazi odvezivanja je držanje na 600 do 1000°C u vodikovom okruženju. Ova faza se ponekad naziva početna faza sinteriranja.

 

Utjecaj parametara sinteriranja

Brojne varijable međusobno djeluju tijekom sinteriranja nehrđajućeg čelika 17-4 PH kako bi se definirala konačna gustoća, faza, mikrostruktura i karakteristike. Četiri primarne komponente statističke analize su toplinska obrada, atmosfera sinteriranja, početna koncentracija kisika i veličina čestica.

Temperatura sinteriranja najviše utječe na gustoću sinteriranja.

 

Veličina čestica

Površinska difuzija je proces kojim se odvija prvo vezivanje čestica tijekom sinteriranja; manja čestica s većom površinom ojačat će početnu vezu. Adhezija čestica osnovnog polimera bit će zamijenjena površinskim difuzijskim spajanjem nakon što dođe do pirolize veziva. Difuzija granica zrna zahtijeva rast vrata jer se sinteriranje veza između metalnih čestica povećava kako bi se stvorile granice zrna između čestica. Kada se formira granica zrna, veličina zrna igra glavnu ulogu u sinteriranju kada počinje skupljanje i ima obrnuti učinak na brzinu sinteriranja. Međutim, utjecaj početne veličine čestica može se neutralizirati višim vršnim temperaturama ili duljim vremenima zadržavanja.

 

Atmosfera

Kod nehrđajućeg čelika, standardne mogućnosti sinteriranja uključuju vakuum, vodik, dušik, vodik-dušik i argon-vodik.


Dvije najpopularnije atmosfere sinteriranja za nehrđajući čelik 17-4 PH su vodik i vakuum. Primjetan je pad oksida kada se doda ugljik. I silicij i krom mogu zadržati kisik bez dodavanja ugljika grafita. Redukcija oksida događa se kada je temperatura visoka i razina vodika visoka; niska točka rosišta jamči ovaj proces. Hladna površinska oksidacija do koje dolazi nakon sinteriranja stvorit će pasivnu prevlaku od silicija, željeza i kroma koja je otporna na koroziju.

Kao snažan stabilizator austenita, dušik ima utjecaj na razvoj martenzita i konačne karakteristike nehrđajućeg čelika. Dok se hladi, dušik, koji je topiv u austenitu, taloži se kao Cr2N. Krom u području granica zrna bit će osiromašen ovim talogom, što će uzrokovati brzu lokaliziranu koroziju. Kao rezultat toga, moramo spriječiti ulazak dušika u atmosferu sinteriranja i ohladiti komponente ispod 900°C brzinom od 200°C u minuti. u nehrđajućem čeliku 17-4 PH kako bi se spriječila proizvodnja krom nitrida.

Grafit također proizvodi niske parcijalne tlakove ugljičnog monoksida u vakuumskim pećima, zbog čega su grafitne vakuumske peći uspješne u vakuumskom sinterovanju. Na 1300°C i niskom parcijalnom tlaku CO od 0,001, može pretvoriti kromov oksid u krom.

 

 

Temperatura i brzina zagrijavanja

Tipični ciklusi sinteriranja uključuju uklanjanje nečistoća i procese sagorijevanja veziva koji uključuju zagrijavanje i držanje na različitim temperaturama. Za smanjenje nečistoća idealna temperatura je blizu 1000°C, dok je za konačno uklanjanje polimera blizu 600°C.

Nehrđajući čelik 17-4PH podvrgava se skupljanju uslijed sinteriranja u dilatometrijskom ispitivanju pri vršnoj stopi od oko 1250°C, dok puna gustoća (98%) zahtijeva vršnu temperaturu od 1300°C. Bakar i krom će, međutim, ispariti na ovim visokim temperaturama, što može uzrokovati gubitak toplinske obrade i otpornosti na koroziju.

 

Dodatno, sinteza delta-ferita je potpomognuta višim temperaturama; bržom difuzijom, ova faza će pomoći u konačnom zgušnjavanju. Bijele delta-feritne kolonije i tamna područja kružnih oksidnih pora vidljivi su na sljedećem grafikonu mikrostrukture MIM 17-4PH u sinteriranju.

Mikrostruktura 1260 SS17-4 MIM

 

Kontrola ugljika

Tijekom procesa sinteriranja, ugljik je još jedan stabilizator austenita. Veća čvrstoća i tvrdoća postići će se s niskim razinama sadržaja zadržanog ugljika u 17-4, ispod 0,1 težinskog postotka. Faze, gustoća i mehaničke karakteristike nehrđajućeg čelika 17-4 PH bit će pod utjecajem promjene sadržaja ugljika.

 

Raspršeni prah MIM procesa, ostaci veziva, ciklus odvajanja, okolina sinteriranja, početni kisik i vršna temperatura sinteriranja neke su od varijabli koje utječu na razinu ugljika. Primarna determinanta krajnjeg sadržaja ugljika tijekom sinteriranja je početna razina kisika. Na primjer, 0,03% ugljika gubi se tijekom vodikovog sinteriranja 17-4 plinom atomiziranog praha na 1343°C. Nadalje, osobito pri nižim temperaturama sinteriranja, ostaci veziva također mogu uzrokovati kontaminaciju ugljikom.

Kod vodikovog i vakuumskog sinteriranja, na vlačnu čvrstoću nehrđajućeg čelika 17-4 utječu količine zadržanog ugljika. U H900 ili H1100 toplinskoj obradi ili u standardnom sinteriranju na 1300 do 1360°C. Sljedeća slika ilustrira kako vlačna čvrstoća primjetno opada kako raste sadržaj ugljika.

 

Održavanje vremena

Kod sinteriranja, vremena držanja na najvišoj temperaturi padaju između 60 i 120 minuta. iz grafikona sinterirane gustoće u odnosu na temperaturu i vrijeme koji slijedi. Kako temperatura raste od 1240°C do 1360°C, pokazuje progresivnu gustoću od 96,3% do 98,3%. Kompakti za sinter postižu punu gustoću (98%) nakon 60 minuta držanja. Poroznost se uklanja i stopa uništavanja pora se smanjuje tijekom ove faze. Gubitak granica zrna i zamor od poroznosti primarni su uzroci.

 

Prednosti MIM-a 17-4

Visoka otpornost na koroziju
Otvrdnjavanje starenjem izazvano toplinskom obradom
Industrijska čvrstoća i trajnost
Izvanredna otpornost na toplinu
Idealno za kompliciranu geometriju MIM-a

 

Mehaničke karakteristike

Što se tiče konstrukcijskih uređaja, koristi se MIM 17-4 PH. Omiljene usporedive karakteristike su čvrstoća, tvrdoća i istezanje. Osim toga, zamor, granica razvlačenja i žilavost loma su problemi na koje utječe nekoliko varijabli obrade.

Sljedeća slika sažima prosječne parametre 17-4 PH na temelju statističke analize nekoliko MIM projekata. Parametri sinteriranja odgovorni su za oko 60% varijacija svojstava.

 

Prema industrijskom standardu MIM, nehrđajući čelik 17-4 PH mora imati minimalnu vlačnu čvrstoću od 790 MPa, tvrdoću od 27 HRC nakon sinteriranja i tvrdoću od 1070 MPa i 33 HRC nakon toplinske obrade. 4% istezanje za oba. Vlačna čvrstoća nehrđajućeg čelika 17-4PH nakon sinteriranja na 1350°C i toplinske obrade H900 je 1280 MPa za prah raspršen plinom i 1136 MPa za prah raspršen vodom. Treba napomenuti da plinom raspršeni prah može postići toplinski obrađenu vlačnu čvrstoću od 1485 MPa s 9% istezanja.

 

Otpornost na koroziju

Četiri vrste sinteriranog nehrđajućeg čelika (304, 316, 430 i 17-4) podvrgnute su standardnom ispitivanju korozije u različitim situacijama. Rezultati pokazuju da je 17-4 najmanje otporan na ove uvjete. Nadalje, budući da pore na sinteriranim komponentama uzrokuju lokalnu koroziju koncentracijskom polarizacijom, kovani materijal je otporniji na koroziju od sinteriranog materijala. Sinteriranje vodikom i plinski atomizirani prah dvije su popularne tehnike za poboljšanje otpornosti na koroziju jer je zaostali kisik nedostatak.

Otpornost na koroziju također je povezana s biokompatibilnošću. U usporedbi s legurama titana i kobalta, nehrđajući čelik 17-4 PH ima dobru citotoksičnost, ali mu nedostaje konkurentna ukupna biokompatibilnost.

 

Tržište PH aplikacija za MIM 17-4

Izvanredne mehaničke kvalitete osigurava nehrđajući čelik 17-4 PH na temperaturama do 350°C. Osim toga, dovoljno je izdržljiv i za vaze metala i za varove, a savijanje i stvaranje ljuskica može se smanjiti zagrijavanjem na niskoj temperaturi tijekom kratkog razdoblja.

Zbog vrhunske otpornosti na koroziju i toplinu, nehrđajući čelik 17-4 izvrstan je izbor za primjenu u zrakoplovstvu. Visoka čistoća praha i zgušnjavanje mogu osigurati dugotrajnost proizvoda MIM 17-4 i minimizirati promjene pogreške.

Vozila
Najrašireniji materijal u proizvodnji automobila je nehrđajući čelik 17-4 jer se lako obrađuje u razne oblike. Uz značajnu izdržljivost, tehnologija brizganja metala također povećava svoj kapacitet za složenu geometriju.

Kupci
Zbog svoje izuzetne otpornosti na koroziju, 17-4 se široko koristi u potrošačkim aplikacijama koje koriste MIM tehnologiju. Nadalje, iznimna čvrstoća i tvrdoća ovog materijala jamče funkcionalnost bez grešaka.

U zaključku

MIM 17-4 PH čini nevjerojatne korake u optimizaciji strukturnih svojstava. Za brojne odgovarajuće primjene, nudi niz privlačnih kombinacija sinteriranih svojstava. Temperatura sinteriranja je primarna determinanta konačnih svojstava u usporedbi s vrstom praha, veličinom čestica, gustoćom sirovog materijala, trajanjem držanja i drugim parametrima. Nadalje, faza koja je prisutna u sinteriranim materijalima utječe na sinterirana svojstva.

U međuvremenu, toplinska obrada nakon sinteriranja, sinterirana gustoća i fazna morfologija utječu na karakteristike. Dok sinterirana gustoća određuje karakteristike, vruće izostatičko prešanje (HIP) ih poboljšava.

Metalno injekcijsko prešanje (MIM) postaje sve naprednije s nehrđajućim čelikom 17-4 PH. Kako bi ponudio daljnje primjene za sinterirani 17-4 PH, JHMIM ovisi o bazi tehnologije MIM.