mim materiāls nerūsējošais tērauds 17-4

MIM 17-4 PH pārskats

Pamatojoties uz AISI 17-4 PH standartu, MIM 17-4 PH ir martensīta nokrišņu cietēšanas nerūsējošais tērauds. Tas izceļas ar izturību pret koroziju un mehāniskām īpašībām.

Viens no visplašāk izmantotajiem MIM materiāliem metāla iesmidzināšanas formēšanas sektorā ir 17-4 PH nerūsējošais tērauds. Šim metālam ir lieliska izturība pret koroziju, cietība un izturība. Sarežģītus gabalus ar labu izturību nodrošina 17-4 izcilās īpašības. Turklāt saķepināšanas procesā tiek veikta sekundārā sacietēšana, mainot noteiktus parametrus.

Tā kā 17-4 PH ir izturīgs pret koroziju līdzīgi kā 304L, to bieži izmanto lietojumos, kuriem nepieciešamas mehāniskas īpašības.

Turklāt MIM-17-4 PH identificē ar UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 un nerūsējošā tērauda 17-4 PH.

 

Ķīmisko vielu sastāvs

Stainless Steel 17-4 ķīmiskais sastāvs ir norādīts zemāk ar elementiem un to attiecīgajiem svara procentiem:

• Dzelzs (Fe):Atlikums (atlikušā daļa)
• Niķelis (Ni):3,00–5,00%
• Silīcijs (Si):1,00%
• Ogleklis (C):0,07%
• Hroms (Cr):15,50-17,50%
• Niobijs (Nb):0,15–0,45%
• Mangāns (Mn):1,00%
• Varš (Cu):3,00–5,00%
• Sērs (S):0,03%

Sastāvs nodrošina materiāla izturību, izturību pret koroziju un citas īpašības, kas piemērotas dažādiem rūpnieciskiem lietojumiem.

MIM 17-4 PH nerūsējošajam tēraudam parasti ir mehāniskās īpašības, kas ir par 10-25% sliktākas nekā apstrādātam 17-4 PH. Galvenie cēloņi ietver:

Saķepināšanas defekti ietver ilgstošus oglekļa piemaisījumus, aizturētas poras un graudus.
Iztvaikošanas izraisīti elementu zudumi: Cr, Cu un Ni.
Piemaisījumu iekļaušana: O, C un N.

Palēninot saķepināšanu, uz sejas centrētā kubiskā austenīta fāze tiek stabilizēta ar oglekļa un slāpekļa komponentiem. No otras puses, uz ķermeni vērsts kubiskais delta ferīts paātrinās saķepināšanas tempu. Nerūsējošais tērauds 17-4PH tiek pakļauts nokrišņu reakcijai, kas rada augstu cietību un izturību, savukārt delta-ferīta atlikums samazina izturību. Turklāt martensīts rodas dzesēšanas fāzē pēc saķepināšanas.

Galvenā MIM produktu sastāvdaļa ir skābeklis. Ar oksīdiem pārklātu nerūsējošā tērauda pulveru sākotnējais virsmas laukums ir liels, un skābekļa daudzums mainās atkarībā no pulvera ražošanas metodes. Augsts skābekļa līmenis MIM 17-4 PH daļās izraisa sliktu izturību pret koroziju un zemākas mehāniskās īpašības, jo šie oksīdi atņems hroma spēju kavēt koroziju.

 

Tipiskās īpašības

Sarežģīta tehnika sarežģītu, augstas veiktspējas nerūsējošā tērauda detaļu radīšanai ir MIM. Maksimālā temperatūra, sildīšanas ātrums, vide, turēšanas ilgums un pulvera daļiņu izmērs ietekmē nerūsējošā tērauda 17-4 PH saķepināšanu. Daudzi faktori ietekmē 17-4 PH sakausējuma sastāvu, kas savukārt ietekmē mikrostruktūras fāzes, saķepināšanas uzvedību un galīgās īpašības. Galvenās sastāvdaļas ir slāpeklis no procesa atmosfēras, skābeklis no pulvera vai atmosfēras un ogleklis no pulvera vai saistvielas.

 

Ideāls spēka, cietības un izturības pret koroziju līdzsvars padara 17-4 PH par populāru izvēli. Produktiem elektronikas, zobārstniecības, medicīnas un kosmosa jomā pēc termiskās apstrādes ir pievilcīgs īpašību kopums. mainās atkarībā no sastāva ar izmaiņām Fe, Ni, Cu un Cr. Solīda temperatūra ir aptuveni 1405 ° C, un šķidrums ir aptuveni 1440 ° C. Mehāniskās īpašības reaģē uz termisko apstrādi; lūzuma pagarinājums svārstās no 8 līdz 14%, tecēšanas robeža svārstās no 760 līdz 1240 MPa, stiepes izturība svārstās no 1000 līdz 1340 MPa, un cietība sasniedz 43 HRC.

 

Izcilā izturības, cietības un izturības pret koroziju kombinācija padara 17-4 PH nerūsējošo tēraudu par vēlamo izvēli metāla iesmidzināšanas liešanas nozarē. Martensīta nerūsējošais tērauds, kas visbiežāk tiek rūdīts ar nokrišņiem, ir 17-4 PH.

• Liels spēks
• Ārkārtīgi grūti
• Lieliska izturība pret koroziju
• Stingrība lūzumiem
• termiskās apstrādes un metināšanas īpašības

 

Binder un atsaistes efekti

Nerūsējošā tērauda 17-4 PH iesmidzināšanai tiek izmantotas daudzas saistvielu sistēmas; populārākie ir 60% pildvielas, 30% mugurkaula un 10% virsmaktīvās vielas.

Tā kā saistvielu pārpalikumi mainīs galīgo skābekļa vai oglekļa līmeni, saistīšanas atdalīšana ietekmē galīgās īpašības. Depolimerizācija vai ekstrakcija ar šķīdinātāju ir pirmais posms saišu atdalīšanai; piemēram, parafīna vasks izšķīst heptānā, bet polietilēnglikols izšķīst karstā ūdenī. Turklāt kūpošo slāpekļskābi izmanto katalītiskajā atsaistīšanā, lai noņemtu polioksimetilēnu. Labākais veids, kā noņemt saistvielu otrajā atdalīšanas posmā, ir turēt to 600 līdz 1000 °C temperatūrā ūdeņraža vidē. Šo fāzi dažreiz sauc par saķepināšanas sākuma posmu.

 

Saķepināšanas parametru ietekme

Nerūsējošā tērauda 17-4 PH saķepināšanas laikā mijiedarbojas vairāki mainīgie, lai noteiktu galīgo blīvumu, fāzi, mikrostruktūru un raksturlielumus. Četras galvenās statistiskās analīzes sastāvdaļas ir termiskā apstrāde, saķepināšanas atmosfēra, sākotnējā skābekļa koncentrācija un daļiņu izmērs.

Saķepināšanas temperatūra visvairāk ietekmē saķepināšanas blīvumu.

 

Daļiņu izmērs

Virsmas difūzija ir process, kurā saķepināšanas laikā notiek pirmā daļiņu saistīšanās; mazāka daļiņa ar lielāku virsmas laukumu stiprinās sākotnējo saiti. Polimēra mugurkaula daļiņu adhēzija tiks aizstāta ar virsmas difūzijas saiti, tiklīdz notiks saistvielas pirolīze. Graudu robežu difūzijai ir nepieciešama kakla palielināšanās, jo palielinās saķepināšanas saite starp metāla daļiņām, lai izveidotu graudu robežas starp daļiņām. Kad veidojas graudu robeža, graudu izmēram ir liela nozīme saķepināšanā, kad sākas saraušanās, un tam ir apgriezta ietekme uz saķepināšanas ātrumu. Tomēr sākotnējā daļiņu izmēra ietekmi var novērst ar augstāku maksimālo temperatūru vai ilgāku turēšanas laiku.

 

Atmosfēra

Nerūsējošā tērauda standarta saķepināšanas vides opcijas ietver vakuumu, ūdeņradi, slāpekli, ūdeņradi-slāpekli un argonu-ūdeņradi.


Divas populārākās saķepināšanas atmosfēras nerūsējošajam tēraudam 17-4 PH ir ūdeņradis un vakuums. Pievienojot oglekli, ir ievērojams oksīda samazinājums. Gan silīcijs, gan hroms var noturēt skābekli, nepievienojot grafītu ar oglekli. Oksīda reducēšana notiek, ja temperatūra ir augsta un ūdeņraža līmenis ir augsts; zems rasas punkts garantēs šo procesu. Aukstā virsmas oksidēšana, kas notiek pēc saķepināšanas, izveidos pasīvu silīcija, dzelzs un hroma pārklājumu, kas ir izturīgs pret koroziju.

Slāpeklis kā spēcīgs austenīta stabilizators ietekmē martensīta veidošanos un nerūsējošā tērauda galīgās īpašības. Atdziestot, slāpeklis, kas šķīst austenītā, izgulsnējas kā Cr2N. Šīs nogulsnes iztukšo hromu graudu robežas zonā, kas ātri izraisīs lokalizētu koroziju. Rezultātā mums ir jānovērš slāpekļa iekļūšana saķepināšanas atmosfērā un komponenti jāatdzesē zem 900°C ar ātrumu 200°C minūtē. nerūsējošā tērauda 17-4 PH, lai novērstu hroma nitrīda veidošanos.

Grafīts rada arī zemu oglekļa monoksīda daļēju spiedienu vakuuma krāsnīs, tāpēc grafīta vakuuma krāsnis ir veiksmīgas vakuuma saķepināšanas procesā. 1300°C temperatūrā un zemā CO daļējā spiedienā 0,001 tas var pārvērst hroma oksīdu par hromu.

 

 

Temperatūra un apkures ātrums

Tipiski saķepināšanas cikli ietver piemaisījumu likvidēšanu un saistvielu izdegšanas procesus, kas ietver karsēšanu un turēšanu dažādās temperatūrās. Piemaisījumu samazināšanai ideālā temperatūra ir tuvu 1000°C, savukārt pilnīgai polimēra noņemšanai tā ir tuvu 600°C.

Nerūsējošais tērauds 17-4PH tiek pakļauts saķepināšanas saraušanai dilatometrijas testā ar maksimālo ātrumu aptuveni 1250 °C, savukārt pilna blīvuma (98%) gadījumā maksimālā temperatūra ir 1300 °C. Tomēr varš un hroms šajās augstajās temperatūrās iztvaiko, iespējams, izraisot termiskās apstrādes un korozijas izturības zudumu.

 

Turklāt delta-ferīta sintēzi veicina augstāka temperatūra; Pateicoties ātrākai difūzijai, šī fāze veicinās galīgo blīvēšanu. Baltas delta-ferīta kolonijas un tumši apļveida oksīda poru apgabali ir redzami nākamajā MIM 17-4PH mikrostruktūras grafikā saķepināšanas laikā.

1260 SS17-4 MIM mikrostruktūra

 

Oglekļa kontrole

Saķepināšanas procesā ogleklis ir vēl viens austenīta stabilizators. Lielāka stiprība un cietība tiks sasniegta ar zemu saglabātā oglekļa satura līmeni 17-4, zem 0,1 svara procentiem. Oglekļa satura izmaiņas ietekmēs nerūsējošā tērauda 17-4 PH fāzes, blīvumu un mehāniskās īpašības.

 

MIM procesa izsmidzinātais pulveris, saistvielu atlikumi, atsaistes cikls, saķepināšanas vide, sākuma skābeklis un maksimālā saķepināšanas temperatūra ir daži no mainīgajiem lielumiem, kas ietekmē oglekļa līmeni. Galvenais galīgā oglekļa satura noteicošais faktors saķepināšanas laikā ir sākotnējais skābekļa līmenis. Piemēram, 0,03% oglekļa tiek zaudēti ūdeņraža saķepināšanas laikā no 17-4 gāzēm atomizētiem pulveriem 1343 ° C temperatūrā. Turklāt, jo īpaši zemākā saķepināšanas temperatūrā, saistvielu atliekas var izraisīt arī oglekļa piesārņojumu.

Ūdeņraža un vakuuma saķepināšanas procesā nerūsējošā tērauda 17-4 stiepes izturību ietekmē aizturētā oglekļa daudzums. H900 vai H1100 termiskajā apstrādē vai standarta saķepināšanā 1300 līdz 1360°C temperatūrā. Nākamais attēls parāda, kā stiepes izturība ievērojami samazinās, palielinoties oglekļa saturam.

 

Laika uzturēšana

Saķepināšanas laikā turēšanas laiks augstākajā temperatūrā ir no 60 līdz 120 minūtēm. no saķepinātā blīvuma un temperatūras un laika grafika, kas seko tālāk. Temperatūrai paaugstinoties no 1240°C līdz 1360°C, tas uzrāda pakāpenisku blīvumu no 96,3% līdz 98,3%. Saķepināšanas kompakti sasniedz pilnu blīvumu (98%) pēc 60 minūšu turēšanas. Šajā fāzē tiek noņemta porainība un samazināts poru iznīcināšanas ātrums. Galvenie cēloņi ir graudu robežu zudums un porainības nogurums.

 

MIM 17-4 priekšrocības

Augsta izturība pret koroziju
Termiskās apstrādes izraisīta vecuma sacietēšana
Rūpnieciskā izturība un izturība
Izcila izturība pret karstumu
Ideāli piemērots MIM sarežģītajai ģeometrijai

 

Mehāniskās īpašības

Attiecībā uz strukturālajām ierīcēm tiek izmantots MIM 17-4 PH. Iecienītākās salīdzināmās īpašības ir izturība, cietība un pagarinājums. Turklāt nogurums, tecēšanas robeža un izturība pret lūzumiem ir problēmas, ko ietekmē vairāki apstrādes mainīgie.

Nākamajā attēlā ir apkopoti vidējie parametri 17-4 PH, pamatojoties uz vairāku MIM projektu statistisko analīzi. Saķepināšanas parametri ir atbildīgi par aptuveni 60% no īpašību izmaiņām.

 

Saskaņā ar MIM nozares standartu nerūsējošā tērauda 17-4 PH minimālajai stiepes izturībai jābūt 790 MPa, cietībai 27 HRC pēc saķepināšanas un cietībai 1070 MPa un 33 HRC pēc termiskās apstrādes. 4% pagarinājums abiem. Nerūsējošā tērauda 17-4PH stiepes izturība pēc 1350°C saķepināšanas un H900 termiskās apstrādes ir 1280 MPa ar gāzi atomizētam pulverim un 1136 MPa ar ūdeni izsmidzinātajam pulverim. Jāņem vērā, ka ar gāzi izsmidzināts pulveris var sasniegt termiski apstrādātu stiepes izturību 1485 MPa ar 9% pagarinājumu.

 

Izturība pret koroziju

Četri saķepināta nerūsējošā tērauda veidi (304, 316, 430 un 17-4) tiek pakļauti standarta korozijas testiem dažādās situācijās. Rezultāti liecina, ka 17-4 ir vismazāk izturīgs pret šiem apstākļiem. Turklāt, tā kā poras uz saķepinātajiem komponentiem izraisa lokālu koroziju koncentrācijas polarizācijas rezultātā, kalts materiāls ir izturīgāks pret koroziju nekā saķepinātais materiāls. Ūdeņraža saķepināšana un pulveris ar gāzi ir divas populāras metodes, lai uzlabotu izturību pret koroziju, jo skābekļa atlikums ir trūkums.

Izturība pret koroziju ir saistīta arī ar bioloģisko saderību. Salīdzinot ar titāna un kobalta sakausējumiem, nerūsējošajam tēraudam 17-4 PH ir laba citotoksicitāte, taču tam trūkst konkurētspējīgas vispārējās bioloģiskā saderības.

 

PH lietojumprogrammu tirgus MIM 17-4

Izcilas mehāniskās īpašības nodrošina 17-4 PH nerūsējošais tērauds pat 350°C temperatūrā. Turklāt tas ir pietiekami izturīgs gan vāzes metālam, gan metinātām šuvēm, un deformāciju un zvīņošanos var samazināt, īsu laiku karsējot zemā temperatūrā.

Augstākās izturības pret koroziju un karstumizturības dēļ aerospace 17-4 nerūsējošais tērauds ir lieliska izvēle kosmosa lietojumiem. Augsta pulvera tīrība un blīvums var nodrošināt MIM 17-4 produktu kalpošanas laiku un samazināt kļūdu izmaiņas.

Transportlīdzekļi
Visplašāk izmantotais materiāls automašīnu ražošanā ir nerūsējošais tērauds 17-4, jo to ir viegli apstrādāt dažādās formās. Pateicoties ievērojamai izturībai, metāla iesmidzināšanas liešanas tehnoloģija palielina arī sarežģītās ģeometrijas spēju.

Klienti
Pateicoties izcilajai izturībai pret koroziju, 17-4 tiek plaši izmantots patērētāju lietojumos, izmantojot MIM tehnoloģiju. Turklāt šī materiāla izcilā izturība un cietība garantē funkcionalitāti bez kļūdām.

Nobeigumā

MIM 17-4 PH sniedz pārsteidzošus panākumus strukturālo īpašību optimizēšanā. Daudziem piemērotiem lietojumiem tas piedāvā dažādas pievilcīgas saķepināšanas īpašību kombinācijas. Saķepināšanas temperatūra ir galvenais galīgo atribūtu noteicošais faktors, salīdzinot ar pulvera veidu, daļiņu izmēru, zaļās krāsas blīvumu, turēšanas ilgumu un citiem parametriem. Turklāt fāze, kas atrodas saķepinātajos materiālos, ietekmē saķepinātās īpašības.

Tikmēr termiskā apstrāde pēc saķepināšanas, saķepināšanas blīvums un fāzes morfoloģija ietekmē raksturlielumus. Kamēr saķepināšanas blīvums nosaka raksturlielumus, karstā izostatiskā presēšana (HIP) tos uzlabo.

Metāla iesmidzināšanas formēšana (MIM) kļūst arvien progresīvāka ar nerūsējošā tērauda 17-4 PH. Lai piedāvātu turpmākus lietojumus saķepinātajam 17-4 PH, JHMIM ir atkarīgs no MIM tehnoloģijas bāzes.