mim material nerjaveče jeklo 17-4

MIM 17-4 PH Pregled

Na podlagi standarda AISI 17-4 PH je MIM 17-4 PH nerjavno jeklo, utrjeno z martenzitno izločanjem. Odlikuje ga mešanica odpornosti proti koroziji in mehanskih lastnosti.

Eden najpogosteje uporabljenih materialov MIM v sektorju brizganja kovin je nerjaveče jeklo 17-4 PH. Ta kovina ima odlično kombinacijo odpornosti proti koroziji, trdote in trdnosti. Kompleksne kose z dobro trdnostjo omogočajo izjemne lastnosti 17-4. Poleg tega se med procesom sintranja izvaja sekundarno utrjevanje s spreminjanjem določenih parametrov.

Ker je 17-4 PH odporen proti koroziji podobno kot 304L, se pogosto uporablja v aplikacijah, ki zahtevajo mehanske lastnosti.

Poleg tega je MIM-17-4 PH označen z UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 in nerjavnim jeklom 17-4 PH.

 

Sestava kemikalij

Spodaj je navedena kemična sestava nerjavečega jekla 17-4 z elementi in njihovimi masnimi odstotki:

• Železo (Fe):Stanje (preostali del)
• Nikelj (Ni):3,00-5,00 %
• Silicij (Si):1,00 %
• Ogljik (C):0,07 %
• Krom (Cr):15,50-17,50 %
• Niobij (Nb):0,15-0,45 %
• Mangan (Mn):1,00 %
• Baker (Cu):3,00-5,00 %
• Žveplo (S):0,03 %

Sestava zagotavlja trdnost materiala, odpornost proti koroziji in druge lastnosti, primerne za različne industrijske aplikacije.

Nerjaveče jeklo MIM 17-4 PH ima običajno mehanske lastnosti, ki so 10–25 % slabše od kovanega jekla 17-4 PH. Glavni vzroki vključujejo:

Napake pri sintranju vključujejo dolgotrajne ogljikove nečistoče, zadržane pore in zrna.
Izguba elementov zaradi izhlapevanja: Cr, Cu in Ni.
Vključek nečistoč: O, C in N.

S počasnejšim sintranjem se kubična avstenitna faza s čelno sredino stabilizira s komponentami ogljika in dušika. Po drugi strani bo kubični delta ferit s središčem telesa pospešil hitrost sintranja. Nerjavno jeklo 17-4PH je podvrženo reakcijam obarjanja, ki povzročijo visoko trdoto in trdnost, medtem ko preostali delta-ferit zmanjša trdnost. Poleg tega se martenzit pojavi med fazo ohlajanja po sintranju.

Ključna sestavina izdelkov MIM je kisik. Začetna površina prahu iz nerjavečega jekla, prevlečenega z oksidi, je velika, količina kisika pa se razlikuje glede na metodo izdelave prahu. Visoke ravni kisika v delih MIM 17-4 PH vodijo do slabe odpornosti proti koroziji in slabših mehanskih lastnosti, saj bodo ti oksidi kromu odvzeli sposobnost zaviranja korozije.

 

Tipične lastnosti

Prefinjena tehnika za ustvarjanje zapletenih, visoko zmogljivih delov iz nerjavečega jekla je MIM. Najvišja temperatura, stopnja segrevanja, okolje, trajanje zadrževanja in velikost delcev prahu vplivajo na sintranje nerjavečega jekla 17-4 PH. Številni dejavniki vplivajo na sestavo zlitine 17-4 PH, kar posledično vpliva na faze mikrostrukture, obnašanje pri sintranju in končne lastnosti. Dušik iz procesne atmosfere, kisik iz prahu ali atmosfere in ogljik iz prahu ali veziva so primarne komponente.

 

Zaradi idealnega razmerja med trdnostjo, trdoto in odpornostjo proti koroziji je 17-4 PH priljubljena izbira. Izdelki na področju elektronike, zobozdravstva, medicine in vesolja po toplotni obdelavi najdejo kombinacijo svojih lastnosti. spreminja glede na sestavo, s spremembami v Fe, Ni, Cu in Cr. Temperatura solidusa je okoli 1405 °C, likvidusa pa približno 1440 °C. Mehanske lastnosti so odzivne na toplotno obdelavo; raztezek pri lomu je od 8 do 14%, meja tečenja je od 760 do 1240 MPa, natezna trdnost je od 1000 do 1340 MPa, trdota pa doseže 43 HRC.

 

Zaradi izjemne kombinacije trdnosti, trdote in odpornosti proti koroziji je nerjavno jeklo 17-4 PH prednostna izbira v industriji brizganja kovin. Martenzitno nerjavno jeklo, ki je najpogosteje padavinsko utrjeno, ima 17-4 PH.

• Velika moč
• Izjemno težko
• Odlična odpornost proti koroziji
• Trdnost za zlome
• značilnosti toplotne obdelave in varjenja

 

Učinki veziva in odstranjevanja veziva

Za brizganje nerjavečega jekla 17-4 PH se uporabljajo številni vezivni sistemi; najbolj priljubljeni so 60% polnila, 30% hrbtenice in 10% površinsko aktivne snovi.

Ker bodo preostale vezivne sestavine spremenile končne ravni kisika ali ogljika, ima odstranjevanje veziva vpliv na končne lastnosti. Depolimerizacija ali ekstrakcija s topilom je začetni korak pri odstranjevanju veziva; na primer, parafinski vosek se raztopi v heptanu, politilen glikol pa v vroči vodi. Poleg tega se kadeča dušikova kislina uporablja pri katalitskem odstranjevanju vezave za odstranitev polioksimetilena. Najboljši način za odstranitev veziva v drugi fazi razvezovanja je držanje pri 600 do 1000 °C v vodikovem okolju. Ta faza se včasih imenuje začetna stopnja sintranja.

 

Vpliv parametrov sintranja

Številne spremenljivke medsebojno delujejo med sintranjem nerjavečega jekla 17-4 PH, da definirajo končno gostoto, fazo, mikrostrukturo in značilnosti. Štiri glavne komponente statistične analize so toplotna obdelava, atmosfera sintranja, začetna koncentracija kisika in velikost delcev.

Na gostoto sintranja najbolj vpliva temperatura sintranja.

 

Velikost delcev

Površinska difuzija je proces, pri katerem pride do prve vezave delcev med sintranjem; manjši delec z večjo površino bo okrepil začetno vez. Ko pride do pirolize veziva, bo adhezijo delcev osnovnega polimera nadomestila površinska difuzijska vezava. Difuzija meja zrn zahteva rast vratu, saj se sintranje vezi med kovinskimi delci poveča, da se ustvarijo meje zrn med delci. Ko se oblikuje meja zrn, ima velikost zrn glavno vlogo pri sintranju, ko se začne krčenje, in ima obratni učinek na hitrost sintranja. Vendar se lahko vpliv začetne velikosti delcev izniči z višjimi najvišjimi temperaturami ali daljšimi časi zadrževanja.

 

Vzdušje

Pri nerjavnem jeklu standardne možnosti okolja za sintranje vključujejo vakuum, vodik, dušik, vodik-dušik in argon-vodik.


Dve najbolj priljubljeni atmosferi sintranja za nerjavno jeklo 17-4 PH sta vodik in vakuum. Pri dodajanju ogljika je opazen padec oksida. Tako silicij kot krom lahko zadržita kisik brez dodajanja ogljika grafita. Redukcija oksida se pojavi, ko je temperatura visoka in je raven vodika visoka; nizka točka rosišča bo zagotovila ta postopek. Hladna površinska oksidacija, do katere pride po sintranju, bo ustvarila pasivno prevleko iz silicija, železa in kroma, ki je odporna proti koroziji.

Kot močan stabilizator avstenita ima dušik vpliv na razvoj martenzita in končne lastnosti nerjavnega jekla. Ko se ohladi, se dušik, ki je topen v avstenitu, obori kot Cr2N. Ta oborina bo zmanjšala količino kroma v mejnem območju zrn, kar bo povzročilo hitro lokalizirano korozijo. Posledično moramo preprečiti vstop dušika v atmosfero sintranja in ohladiti komponente pod 900 °C s hitrostjo 200 °C na minuto. v nerjavnem jeklu 17-4 PH, da se prepreči nastajanje kromovega nitrida.

Grafit v vakuumskih pečeh proizvaja tudi nizke parcialne tlake ogljikovega monoksida, zato so grafitne vakuumske peči uspešne pri vakuumskem sintranju. Pri 1300 °C in nizkem parcialnem tlaku CO 0,001 lahko pretvori kromov oksid v krom.

 

 

Temperatura in stopnja segrevanja

Tipični cikli sintranja vključujejo odstranjevanje nečistoč in procese izgorevanja veziva, ki vključujejo segrevanje in držanje pri različnih temperaturah. Za zmanjšanje nečistoč je idealna temperatura blizu 1000 °C, medtem ko je za končno odstranitev polimera blizu 600 °C.

Nerjavno jeklo 17-4PH je podvrženo sintranju pri dilatometričnem testiranju pri najvišji stopnji približno 1250 °C, medtem ko je za polno gostoto (98 %) potrebna najvišja temperatura 1300 °C. Vendar bosta baker in krom pri teh visokih temperaturah izhlapela, kar lahko povzroči izgubo toplotne obdelave in odpornosti proti koroziji.

 

Poleg tega je sinteza delta-ferita podprta z višjimi temperaturami; s hitrejšo difuzijo bo ta faza pripomogla k končnemu zgostitvi. Na naslednjem grafu mikrostrukture MIM 17-4PH pri sintranju so vidne bele delta-feritne kolonije in temna področja okroglih oksidnih por.

Mikrostruktura 1260 SS17-4 MIM

 

Nadzor ogljika

Med procesom sintranja je ogljik še en stabilizator avstenita. Večja trdnost in trdota bosta doseženi z nizkimi stopnjami vsebnosti zadržanega ogljika v 17-4, pod 0,1 utežnega odstotka. Sprememba vsebnosti ogljika bo vplivala na faze, zgoščevanje in mehanske lastnosti nerjavečega jekla 17-4 PH.

 

Razpršeni prah postopka MIM, ostanki veziva, cikel odstranjevanja veziva, okolje za sintranje, začetni kisik in najvišja temperatura sintranja so nekatere od spremenljivk, ki vplivajo na raven ogljika. Primarna determinanta končne vsebnosti ogljika med sintranjem je začetna raven kisika. Na primer, 0,03 % ogljika se izgubi med vodikovim sintranjem plinsko razpršenih praškov 17-4 pri 1343 °C. Poleg tega lahko zlasti pri nižjih temperaturah sintranja ostanki veziva povzročijo tudi onesnaženje z ogljikom.

Pri vodikovem in vakuumskem sintranju na natezno trdnost nerjavnega jekla 17-4 vpliva količina zadrženega ogljika. Pri toplotni obdelavi H900 ali H1100 ali pri standardnem sintranju pri 1300 do 1360°C. Naslednja slika prikazuje, kako se natezna trdnost opazno zmanjša, ko se vsebnost ogljika poveča.

 

Vzdrževanje časa

Pri sintranju padejo zadrževalni časi pri najvišji temperaturi med 60 in 120 minut. iz grafa sintrane gostote v odvisnosti od temperature in časa, ki sledi. Ko se temperatura dvigne od 1240 °C do 1360 °C, kaže progresivno gostoto od 96,3 % do 98,3 %. Sintrane zgoščenke dosežejo polno gostoto (98%), po 60 minutah držanja. Med to fazo se odstrani poroznost in stopnja anihilacije por se zmanjša. Izguba meja zrn in utrujenost zaradi poroznosti sta glavna vzroka.

 

Prednosti MIM 17-4

Visoka odpornost proti koroziji
Starostno utrjevanje zaradi toplotne obdelave
Industrijska moč in vzdržljivost
Izjemna odpornost na vročino
Idealno za zapleteno geometrijo MIM

 

Mehanske lastnosti

Kar zadeva konstrukcijske naprave, se uporablja MIM 17-4 PH. Najljubše primerljive lastnosti so moč, trdota in raztezek. Poleg tega so utrujenost, meja tečenja in lomna žilavost težave, na katere vpliva več spremenljivk obdelave.

Naslednja slika povzema povprečne parametre 17-4 PH na podlagi statistične analize več projektov MIM. Parametri sintranja so odgovorni za približno 60 % variacije lastnosti.

 

V skladu z industrijskim standardom MIM mora nerjavno jeklo 17-4 PH imeti minimalno natezno trdnost 790 MPa, trdoto 27 HRC po sintranju in trdoto 1070 MPa in 33 HRC po toplotni obdelavi. 4% raztezek za oba. Natezna trdnost nerjavečega jekla 17-4PH po sintranju pri 1350 °C in toplotni obdelavi H900 je 1280 MPa za prah, razpršen s plinom, in 1136 MPa za prah, razpršen z vodo. Upoštevati je treba, da lahko prah, razpršen s plinom, doseže toplotno obdelano natezno trdnost 1485 MPa z 9-odstotnim raztezkom.

 

Odpornost proti koroziji

Štiri vrste sintranega nerjavnega jekla (304, 316, 430 in 17-4) so ​​podvržene standardnemu testiranju korozije v različnih situacijah. Rezultati kažejo, da je 17-4 najmanj odporen na te pogoje. Poleg tega, ker pore na sintranih komponentah povzročajo lokalno korozijo zaradi koncentracijske polarizacije, je kovani material bolj odporen proti koroziji kot sintrani material. Sintranje vodika in prah, razpršen s plinom, sta dve priljubljeni tehniki za izboljšanje odpornosti proti koroziji, ker je preostali kisik pomanjkljivost.

Odpornost proti koroziji je povezana tudi z biokompatibilnostjo. V primerjavi s titanovimi in kobaltovimi zlitinami ima nerjavno jeklo 17-4 PH dobro citotoksičnost, vendar nima konkurenčne splošne biokompatibilnosti.

 

Tržnica aplikacij PH za MIM 17-4

Izjemne mehanske lastnosti zagotavlja nerjaveče jeklo 17-4 PH pri temperaturah do 350°C. Poleg tega je dovolj vzdržljiv tako za vazo kovino kot za zvare, zvijanje in luske pa je mogoče zmanjšati s segrevanjem pri nizki temperaturi za kratek čas.

Zaradi vrhunske odpornosti proti koroziji in toploti je nerjavno jeklo Aerospace 17-4 odlična izbira za aplikacije v vesolju. Visoka čistost prahu in zgoščevanje lahko zagotovita življenjsko dobo izdelkov MIM 17-4 in zmanjšata spremembo napak.

Vozila
Najpogosteje uporabljen material v proizvodnji avtomobilov je nerjavno jeklo 17-4, ker ga je enostavno obdelati v različne oblike. S precejšnjo vzdržljivostjo tehnologija brizganja kovin poveča tudi svojo zmogljivost za kompleksno geometrijo.

Stranke
Zaradi svoje izjemne odpornosti proti koroziji se 17-4 široko uporablja v potrošniških aplikacijah, ki uporabljajo tehnologijo MIM. Poleg tega izjemna trdnost in trdota tega materiala zagotavljata delovanje brez napak.

Za zaključek

MIM 17-4 PH naredi neverjetne korake pri optimizaciji strukturnih lastnosti. Za številne ustrezne aplikacije ponuja različne privlačne kombinacije sintranih lastnosti. Temperatura sintranja je primarna determinanta končnih lastnosti v primerjavi z vrsto prahu, velikostjo delcev, zeleno gostoto, trajanjem zadrževanja in drugimi parametri. Poleg tega faza, ki je prisotna v sintranih materialih, vpliva na sintrane lastnosti.

Medtem toplotna obdelava po sintranju, sintrana gostota in fazna morfologija vplivajo na lastnosti. Medtem ko sintrana gostota določa lastnosti, jih vroče izostatično stiskanje (HIP) izboljša.

Brizganje kovin (MIM) postaja vse bolj napredno z nerjavnim jeklom 17-4 PH. Za ponudbo nadaljnjih aplikacij za sintrani 17-4 PH je JHMIM odvisen od osnovne tehnologije MIM.