mim malzeme paslanmaz çelik 17-4

MIM 17-4 PH Genel Bakış

AISI 17-4 PH standardına göre üretilen MIM 17-4 PH, martensitik çökelme sertleştirmeli bir paslanmaz çeliktir. Korozyon direnci ve mekanik özelliklerin bir araya gelmesiyle öne çıkar.

En yaygın kullanılan MIM malzemelerinden biri metal enjeksiyon Kalıplama sektöründeki en önemli malzeme 17-4 PH paslanmaz çeliktir. Bu metal, korozyon direnci, sertlik ve mukavemetin mükemmel bir karışımına sahiptir. 17-4'ün olağanüstü özellikleri, iyi mukavemete sahip karmaşık parçaların üretilmesini mümkün kılar. Ayrıca, sinterleme işlemi sırasında belirli parametreler değiştirilerek ikincil sertleştirme gerçekleştirilir.

17-4 PH, 304L'ye benzer şekilde korozyona karşı direnç gösterdiğinden, mekanik özellikler gerektiren uygulamalarda sıklıkla kullanılır.

Ayrıca MIM-17-4 PH, UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 ve paslanmaz çelik 17-4 PH ile tanımlanmıştır.

 

Kimyasalların Bileşimi

Paslanmaz Çelik 17-4'ün kimyasal bileşimi, elementler ve bunların ilgili ağırlık yüzdeleriyle aşağıda listelenmiştir:

• Demir (Fe): Bakiye (kalan kısım)
• Nikel (Ni): 3.00-5.00%
• Silisyum (Si): 1.00%
• Karbon (C): 0,07%
• Krom (Cr): 15.50-17.50%
• Niyobyum (Nb): 0,15-0,45%
• Manganez (Mn): 1.00%
• Bakır (Cu): 3.00-5.00%
• Kükürt (S): 0,03%

Kompozisyon, malzemenin mukavemetini, korozyon direncini ve çeşitli endüstriyel uygulamalara uygun diğer özelliklerini garanti eder.

MIM 17-4 PH paslanmaz çeliğin mekanik özellikleri, işlenmiş 17-4 PH'a göre genellikle %10-25 daha kötüdür. Başlıca nedenleri şunlardır:

Sinterleme kusurları arasında kalıcı karbon kirlilikleri, tutulan gözenekler ve taneler bulunur.
Buharlaşma kaynaklı element kayıpları: Cr, Cu ve Ni.
Safsızlık içeriği: O, C ve N.

Yavaşlayan sinterlemeyle, yüzey merkezli kübik östenit fazı karbon ve azot bileşenleri tarafından stabilize edilir. Öte yandan, gövde merkezli kübik delta ferrit, sinterleme hızını artıracaktır. Paslanmaz çelik 17-4PH, yüksek sertlik ve mukavemet sağlayan çökelme reaksiyonlarına maruz kalırken, artık delta ferrit mukavemeti azaltır. Ayrıca, sinterlemeden sonraki soğuma aşamasında martensit oluşur.

Önemli bir bileşeni Mim Ürüns oksijendir. Oksitlerle kaplanmış paslanmaz çelik tozlarının ilk yüzey alanı yüksektir ve oksijen miktarı toz üretim yöntemine bağlı olarak değişir. MIM 17-4 PH parçalarındaki yüksek oksijen seviyeleri, bu oksitler kromun korozyon önleme özelliğini ortadan kaldıracağından, zayıf korozyon direncine ve düşük mekanik özelliklere yol açar.

 

Tipik Özellikler

Karmaşık ve yüksek performanslı paslanmaz çelik parçalar oluşturmak için gelişmiş bir teknik olan MIM, pik sıcaklık, ısıtma hızı, ortam, bekletme süresi ve toz parçacık boyutu gibi faktörler, paslanmaz çelik 17-4 PH'ın sinterlenme sürecini etkiler. 17-4 PH alaşımının bileşimini etkileyen çok sayıda faktör vardır ve bu da mikro yapı fazlarını, sinterleme davranışını ve nihai özelliklerini etkiler. Proses atmosferinden gelen azot, toz veya atmosferden gelen oksijen ve toz veya bağlayıcıdan gelen karbon temel bileşenlerdir.

 

Mukavemet, sertlik ve korozyon direncinin ideal dengesi, 17-4 PH'ı popüler bir seçim haline getirir. Elektronik, diş hekimliği, tıp ve havacılık alanlarındaki ürünler, ısıl işlemden sonra bu kalite karışımını cazip bulmaktadır. Fe, Ni, Cu ve Cr'deki değişikliklerle bileşime göre değişir. Solidus sıcaklığı yaklaşık 1405°C, liquidus sıcaklığı ise yaklaşık 1440°C'dir. Mekanik özellikler ısıl işleme duyarlıdır; kırılma uzaması %8 ila %14, akma dayanımı 760 ila 1240 MPa, çekme dayanımı 1000 ila 1340 MPa ve sertlik 43 HRC'ye ulaşır.

 

Mukavemet, sertlik ve korozyon direncinin olağanüstü birleşimi, 17-4 PH paslanmaz çeliği metal enjeksiyon kalıplama endüstrisinde tercih edilen bir seçenek haline getirir. En yaygın olarak çökelme sertleştirmesi uygulanan martensitik paslanmaz çelik ise 17-4 PH'dir.

• Büyük güç
• Son derece zor
• Korozyona karşı mükemmel direnç
• Kırıklara karşı dayanıklılık
• ısıl işlem ve kaynak özellikleri

 

Bağlayıcı ve Bağlayıcısızlaştırmanın Etkileri

Paslanmaz çelik 17-4 PH enjeksiyon kalıplamada birçok bağlayıcı sistemi kullanılır; en yaygın olanları %60 dolgu, %30 omurga ve %10 yüzey aktif maddedir.

Arta kalan bağlayıcı bileşenler nihai oksijen veya karbon seviyelerini değiştireceğinden, bağlayıcı giderme nihai özellikleri etkiler. Depolimerizasyon veya çözücü ekstraksiyonu, bağlayıcı giderme işleminin ilk adımıdır; örneğin, parafin mumu heptanda, polietilen glikol ise sıcak suda çözünür. Ayrıca, polioksimetileni uzaklaştırmak için katalitik bağlayıcı giderme işleminde dumanlı nitrik asit kullanılır. Bağlayıcı giderme işleminin ikinci aşamasında bağlayıcıyı uzaklaştırmanın en iyi yolu, hidrojen ortamında 600 ila 1000°C'de tutmaktır. Bu aşamaya bazen sinterleme başlangıç ​​aşaması denir.

 

Sinterleme Parametresinin Etkisi

17-4 PH paslanmaz çeliğin sinterlenmesi sırasında, nihai yoğunluğu, fazı, mikro yapıyı ve özellikleri belirlemek için bir dizi değişken etkileşime girer. İstatistiksel analizin dört temel bileşeni ısıl işlem, sinterleme atmosferi, başlangıç ​​oksijen konsantrasyonu ve parçacık boyutudur.

Sinterleme sıcaklığı sinterlenmiş yoğunluğu en fazla etkileyen faktördür.

 

Parçacıkların boyutu

Yüzey difüzyonu, sinterleme sırasında ilk parçacık bağlanmasının gerçekleştiği süreçtir; daha büyük yüzey alanına sahip daha küçük bir parçacık, ilk bağı güçlendirecektir. Bağlayıcı pirolizi gerçekleştiğinde, omurga polimerinin parçacık yapışması, yüzey difüzyon bağıyla yer değiştirecektir. Tane sınırı difüzyonu, metal parçacıklar arasındaki sinterleme bağının parçacıklar arasında tane sınırları oluşturmak için artması nedeniyle boyun büyümesine ihtiyaç duyar. Tane sınırı oluştuğunda, tane boyutu, büzülme başladığında sinterlemede önemli bir rol oynar ve sinterleme hızı üzerinde ters bir etkiye sahiptir. Ancak, ilk parçacık boyutunun etkisi, daha yüksek tepe sıcaklıkları veya daha uzun tutma süreleri ile dengelenebilir.

 

Atmosfer

Paslanmaz çelikte standart sinterleme ortamı seçenekleri arasında vakum, hidrojen, azot, hidrojen-azot ve argon-hidrojen bulunur.


17-4 PH paslanmaz çelik için en popüler iki sinterleme atmosferi hidrojen ve vakumdur. Karbon eklendiğinde oksitte gözle görülür bir düşüş olur. Hem silisyum hem de krom, grafitin karbon ilavesi olmadan oksijeni tutabilir. Oksit redüksiyonu, sıcaklık ve hidrojen seviyesi yüksek olduğunda gerçekleşir; düşük bir çiğ noktası bu süreci garanti eder. Sinterlemeden sonra oluşan soğuk yüzey oksidasyonu, korozyona dirençli pasif bir silisyum, demir ve krom kaplaması oluşturur.

Güçlü bir östenit stabilizatörü olan azot, martensit oluşumu ve paslanmaz çeliğin nihai özellikleri üzerinde etkilidir. Soğudukça, östenitte çözünen azot, Cr2N olarak çökelir. Bu çökelti, tane sınırı bölgesindeki kromu tüketerek hızlı bir şekilde lokal korozyona neden olur. Sonuç olarak, sinterleme atmosferine azot girmesini önlemeli ve bileşenleri dakikada 200°C hızla 900°C'nin altına soğutmalıyız. Paslanmaz çelikte krom nitrür oluşumunu önlemek için 17-4 PH'a kadar soğutmalıyız.

Grafit ayrıca vakum fırınlarında düşük kısmi karbon monoksit basınçları üretir, bu nedenle grafit vakum fırınları vakum sinterlemede başarılıdır. 1300°C sıcaklıkta ve 0,001'lik düşük bir CO kısmi basıncında, krom oksidi kroma dönüştürebilir.

 

 

Sıcaklık ve Isıtma Oranı

Tipik sinterleme çevrimleri, çeşitli sıcaklıklarda ısıtma ve bekletme gerektiren safsızlık giderme ve bağlayıcı yakma işlemlerini içerir. Safsızlık azaltımı için ideal sıcaklık 1000°C'ye yakınken, nihai polimer giderimi için 600°C'ye yakındır.

Paslanmaz çelik 17-4PH, dilatometri testinde yaklaşık 1250°C'lik bir tepe sıcaklığında sinterleme büzülmesine maruz kalırken, tam yoğunluk (%98) 1300°C'lik bir tepe sıcaklığı gerektirir. Ancak bakır ve krom bu yüksek sıcaklıklarda buharlaşarak ısıl işlem ve korozyon direncinin kaybına neden olabilir.

 

Ayrıca, delta-ferrit sentezi daha yüksek sıcaklıklarla desteklenir; daha hızlı difüzyon sayesinde bu faz nihai yoğunlaştırmaya yardımcı olacaktır. MIM 17-4PH'nin sinterleme sırasındaki mikro yapı grafiğinde, beyaz delta-ferrit kolonileri ve dairesel oksit gözeneklerinin koyu alanları görülmektedir.

1260 SS17-4 MIM'in mikro yapısı

 

Karbon Kontrolü

Sinterleme işlemi sırasında karbon, östenitin bir diğer stabilizatörüdür. 17-4'te düşük karbon içeriği seviyeleri (ağırlıkça %0,1'in altında) ile daha yüksek mukavemet ve sertlik elde edilecektir. Paslanmaz çelik 17-4 PH'nin fazları, yoğunlaşması ve mekanik özellikleri, karbon içeriği değişiminden etkilenecektir.

 

MIM prosesinin atomize tozu, bağlayıcı kalıntıları, bağlayıcı giderme döngüsü, sinterleme ortamı, başlangıç ​​oksijeni ve en yüksek sinterleme sıcaklığı, karbon seviyesini etkileyen değişkenlerden bazılarıdır. Sinterleme sırasında nihai karbon içeriğinin temel belirleyicisi, başlangıç ​​oksijen seviyesidir. Örneğin, 17-4 gaz atomize tozlarının 1343°C'de hidrojen sinterlemesi sırasında %0,03 karbon kaybı olur. Ayrıca, özellikle düşük sinterleme sıcaklıklarında, bağlayıcı kalıntıları da karbon kontaminasyonuna neden olabilir.

Hidrojen ve vakum sinterlemede, 17-4 paslanmaz çeliğin çekme dayanımı, tutulan karbon miktarından etkilenir. H900 veya H1100 ısıl işleminde veya 1300 ila 1360°C'de standart sinterlemede. Aşağıdaki görsel, karbon içeriği arttıkça çekme dayanımının nasıl belirgin şekilde azaldığını göstermektedir.

 

Zamanı Koruma

Sinterlemede, en yüksek sıcaklıkta tutma süreleri 60 ila 120 dakika arasındadır. Aşağıdaki sinterlenmiş yoğunluk-sıcaklık ve zaman grafiğinden görülebilir. Sıcaklık 1240°C'den 1360°C'ye yükseldikçe, %96,3'ten %98,3'e doğru kademeli bir yoğunluk artışı görülmektedir. Sinterleme kompaktları, 60 dakikalık tutma süresinin ardından tam yoğunluğa (%98) ulaşır. Bu aşamada gözeneklilik giderilir ve gözenek yok olma hızı azalır. Tane sınırlarının kaybı ve gözenek yorgunluğu, bu durumun başlıca nedenleridir.

 

MIM 17-4'ün Faydaları

Yüksek korozyon direnci
Isıl işlem kaynaklı yaşlanma sertleşmesi
Endüstriyel güç ve dayanıklılık
Isıya karşı olağanüstü direnç
MIM'in karmaşık geometrisi için idealdir

 

Mekanik Özellikler

Yapısal elemanlar için ise MIM 17-4 PH kullanılmıştır. Muadillerine kıyasla en çok tercih edilen özellikler mukavemet, sertlik ve uzamadır. Ayrıca, yorulma, akma dayanımı ve kırılma tokluğu gibi özellikler de çeşitli işleme değişkenlerinden etkilenen konulardır.

Aşağıdaki görsel, çeşitli MIM projelerinin istatistiksel analizine dayalı olarak 17-4 PH'nin ortalama parametrelerini özetlemektedir. Sinterleme parametreleri, özelliklerdeki değişimin yaklaşık %60'ından sorumludur.

 

MIM endüstri standardına göre, 17-4 PH paslanmaz çelik, sinterleme sonrası minimum 790 MPa çekme dayanımına, 27 HRC sertliğe ve ısıl işlem sonrası 1070 MPa ve 33 HRC sertliğe sahip olmalıdır. Her ikisi için de %4 uzama. 1350°C sinterleme ve H900 ısıl işlem sonrası 17-4PH paslanmaz çelik için çekme dayanımı, gaz atomize toz için 1280 MPa, su atomize toz için ise 1136 MPa'dır. Gaz atomize toz, %9 uzama ile 1485 MPa ısıl işlemli çekme dayanımına ulaşabilir.

 

Korozyona Karşı Direnç

Dört tip sinterlenmiş paslanmaz çelik (304, 316, 430 ve 17-4), çeşitli koşullarda standart korozyon testlerine tabi tutulur. Sonuçlar, 17-4'ün bu koşullara en az dirençli olduğunu göstermektedir. Ayrıca, sinterlenmiş bileşenlerdeki gözenekler konsantrasyon polarizasyonu yoluyla lokal korozyona neden olduğundan, dövme malzeme sinterlenmiş malzemeye göre korozyona daha dirençlidir. Hidrojen sinterleme ve gaz atomize toz, korozyon direncini artırmak için kullanılan iki popüler tekniktir çünkü kalıntı oksijen bir dezavantajdır.

Korozyon direnci aynı zamanda biyouyumlulukla da ilişkilidir. Titanyum ve kobalt alaşımlarıyla karşılaştırıldığında, 17-4 PH paslanmaz çelik iyi sitotoksisiteye sahip olsa da genel olarak rekabetçi biyouyumluluktan yoksundur.

 

MIM 17-4 için PH Uygulama Pazarı

17-4 PH paslanmaz çelik, 350°C'ye kadar yüksek sıcaklıklarda bile olağanüstü mekanik özellikler sunar. Ayrıca, hem vazo metali hem de kaynaklar için yeterince dayanıklıdır ve düşük sıcaklıkta kısa süreli ısıtma ile eğilme ve pullanma azaltılabilir.

Üstün korozyon ve ısı direnci sayesinde havacılık 17-4 paslanmaz çelik, havacılık uygulamaları için mükemmel bir seçimdir. Yüksek toz saflığı ve yoğunlaştırma, MIM 17-4 ürünlerinin ömrünü uzatır ve hata payını en aza indirir.

Araçlar
Otomobil üretiminde en yaygın kullanılan malzeme, çeşitli şekillerde işlenmesi kolay olduğu için paslanmaz çelik 17-4'tür. Metal enjeksiyon kalıplama teknolojisi, önemli ölçüde dayanıklı olmasının yanı sıra, karmaşık geometri kapasitesini de artırır.

Müşteriler
Olağanüstü korozyon direnci sayesinde 17-4, MIM teknolojisinin kullanıldığı tüketici uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, bu malzemenin olağanüstü mukavemeti ve sertliği, hatasız işlevselliği garanti eder.

Sonuç olarak

MIM 17-4 PH, yapısal özelliklerin optimizasyonunda inanılmaz ilerlemeler kaydeder. Birçok uygun uygulama için, çeşitli cazip sinterlenmiş özellik kombinasyonları sunar. Sinterleme sıcaklığı, toz türü, parçacık boyutu, ham yoğunluk, bekleme süresi ve diğer parametrelerle karşılaştırıldığında nihai özelliklerin temel belirleyicisidir. Ayrıca, sinterlenmiş malzemelerde bulunan faz, sinterlenmiş özellikleri etkiler.

Bu arada, sinterleme sonrası ısıl işlem, sinterlenmiş yoğunluk ve faz morfolojisi özellikleri etkiler. Sinterlenmiş yoğunluk özellikleri belirlerken, Sıcak İzostatik Presleme (HIP) bunları geliştirir.

Metal Enjeksiyon Kalıplama (MIM), 17-4 PH paslanmaz çelik ile giderek daha da gelişiyor. Sinterlenmiş 17-4 PH için daha fazla uygulama alanı sunmak amacıyla JHMIM, MIM teknolojisine güveniyor.