матеріал мім нержавіюча сталь 17-4

Огляд MIM 17-4 PH

Оснований на стандарті AISI 17-4 PH, MIM 17-4 PH є мартенситною дисперсійною нержавіючої сталлю. Він відрізняється поєднанням стійкості до корозії та механічних якостей.

Одним із найбільш широко використовуваних матеріалів MIM у секторі лиття металу під тиском є ​​нержавіюча сталь 17-4 PH. Цей метал має чудове поєднання стійкості до корозії, твердості та міцності. Складні деталі з хорошою міцністю стали можливими завдяки винятковим якостям 17-4. Крім того, вторинне зміцнення здійснюється під час процесу спікання шляхом зміни певних параметрів.

Оскільки 17-4 PH протистоїть корозії подібно до 304L, його часто використовують у додатках, які потребують механічних властивостей.

Крім того, MIM-17-4 PH ідентифікується як UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 і нержавіюча сталь 17-4 PH.

 

Склад хімічних речовин

Нижче наведено хімічний склад нержавіючої сталі 17-4 з елементами та їх відповідними ваговими відсотками:

• Залізо (Fe):Баланс (залишок)
• Нікель (Ni):3,00-5,00%
• Кремній (Si):1,00%
• Вуглець (C):0,07%
• Хром (Cr):15,50-17,50%
• Ніобій (Nb):0,15-0,45%
• Марганець (Mn):1,00%
• Мідь (Cu):3,00-5,00%
• Сірка (S):0,03%

Композиція забезпечує міцність матеріалу, стійкість до корозії та інші властивості, придатні для різноманітного промислового застосування.

Нержавіюча сталь MIM 17-4 PH зазвичай має механічні властивості, які на 10–25% гірші, ніж деформована 17-4 PH. Основні причини включають:

Дефекти спікання включають затримку вуглецевих домішок, затримані пори та зерна.
Втрата елементів через випаровування: Cr, Cu та Ni.
Включення домішок: O, C і N.

При уповільненні спікання гранецентрована фаза кубічного аустеніту стабілізується вуглецевими та азотними компонентами. З іншого боку, центрований кубічний дельта-ферит прискорить темп спікання. Нержавіюча сталь 17-4PH піддається реакцій преципітації, що призводить до високої твердості та міцності, тоді як залишковий дельта-ферит знижує міцність. Крім того, мартенсит виникає під час фази охолодження після спікання.

Ключовим компонентом продуктів MIM є кисень. Початкова площа поверхні порошків з нержавіючої сталі, покритих оксидами, висока, а кількість кисню змінюється залежно від способу виготовлення порошку. Високий рівень кисню в деталях MIM 17-4 PH призводить до низької стійкості до корозії та погіршення механічних характеристик, оскільки ці оксиди позбавляють хрому здатності пригнічувати корозію.

 

Типові властивості

Складна техніка для створення складних, високоефективних деталей з нержавіючої сталі - це MIM. Пікова температура, швидкість нагрівання, навколишнє середовище, тривалість витримки та розмір частинок порошку впливають на спікання нержавіючої сталі 17-4 PH. Численні фактори впливають на склад сплаву 17-4 PH, який, у свою чергу, впливає на фази мікроструктури, поведінку спікання та кінцеві характеристики. Основними компонентами є азот із технологічної атмосфери, кисень із порошку чи атмосфери та вуглець із порошку чи сполучного.

 

Ідеальний баланс міцності, твердості та стійкості до корозії робить 17-4 PH популярним вибором. Продукти в галузях електроніки, стоматології, медицини та аерокосмічної промисловості знаходять поєднання якостей привабливими після термічної обробки. змінюються залежно від складу, зі змінами Fe, Ni, Cu та Cr. Температура солідусу становить близько 1405°C, а ліквідусу — приблизно 1440°C. Механічні властивості сприйнятливі до термічної обробки; подовження при руйнуванні коливається від 8 до 14%, межа текучості від 760 до 1240 МПа, межа міцності від 1000 до 1340 МПа, твердість досягає 43 HRC.

 

Виняткове поєднання міцності, твердості та стійкості до корозії робить нержавіючу сталь 17-4 PH кращим вибором у промисловості лиття металу під тиском. Мартенситна нержавіюча сталь, яка найчастіше піддається дисперсійному гарту, має 17-4 PH.

• Велика сила
• Надзвичайно важко
• Чудова стійкість до корозії
• Міцність на переломи
• характеристики термообробки і зварювання

 

Ефект зв'язування та розкріплення

Для лиття під тиском з нержавіючої сталі 17-4 PH використовується багато сполучних систем; найпопулярнішими є 60% наповнювача, 30% основи і 10% ПАР.

Оскільки залишки сполучних інгредієнтів змінюватимуть кінцевий рівень кисню або вуглецю, видалення зв’язування впливає на кінцеві характеристики. Деполімеризація або екстракція розчинником є ​​початковим етапом видалення зв’язування; наприклад, парафін розчиняється в гептані, а поліетиленгліколь розчиняється в гарячій воді. Крім того, димляча азотна кислота використовується для каталітичного видалення зв’язування для видалення поліоксиметилену. Найкращий спосіб видалити сполучну речовину на другій стадії роз’єднання — витримати її при температурі від 600 до 1000°C у середовищі водню. Цю фазу іноді називають стадією початку спікання.

 

Вплив параметрів спікання

Ряд змінних взаємодіє під час спікання нержавіючої сталі 17-4 PH, щоб визначити кінцеву щільність, фазу, мікроструктуру та характеристики. Чотири основні компоненти статистичного аналізу – термічна обробка, атмосфера спікання, початкова концентрація кисню та розмір частинок.

Найбільший вплив на щільність спікання має температура спікання.

 

Розмір частинок

Поверхнева дифузія – це процес, за допомогою якого відбувається перше з’єднання частинок під час спікання; менша частинка з більшою площею поверхні зміцнить початковий зв'язок. Зчеплення частинок основного полімеру буде замінено поверхневим дифузійним зв’язуванням після того, як відбудеться піроліз сполучного. Дифузія між зернами потребує зростання шийки, оскільки спікання зв’язків між металевими частинками збільшується, щоб створити межі зерен між частинками. Коли утворюється межа зерна, розмір зерна відіграє головну роль у спіканні, коли починається усадка, і він має зворотний вплив на швидкість спікання. Однак вплив початкового розміру частинок можна нейтралізувати вищими піковими температурами або довшим часом витримки.

 

Атмосфера

Для нержавіючої сталі стандартні параметри середовища спікання включають вакуум, водень, азот, водень-азот і аргон-водень.


Дві найпопулярніші атмосфери спікання для нержавіючої сталі 17-4 PH - це водень і вакуум. При додаванні вуглецю спостерігається помітне падіння оксиду. Як кремній, так і хром можуть утримувати кисень без додавання вуглецю графіту. Відновлення оксидів відбувається, коли температура висока і рівень водню високий; низька точка роси гарантує цей процес. Холодне окислення поверхні, яке відбувається після спікання, створить пасивне покриття з кремнію, заліза та хрому, яке протистоїть корозії.

Будучи сильним стабілізатором аустеніту, азот впливає на утворення мартенситу та кінцеві характеристики нержавіючої сталі. Охолоджуючись, азот, який розчиняється в аустеніті, випадає в осад у вигляді Cr2N. Хром у зоні меж зерен буде виснажений цим осадом, що спричинить швидку локалізовану корозію. У результаті ми повинні запобігти потраплянню азоту в атмосферу спікання та охолодити компоненти нижче 900°C зі швидкістю 200°C на хвилину. з нержавіючої сталі 17-4 PH для запобігання утворенню нітриду хрому.

Графіт також виробляє низький парціальний тиск монооксиду вуглецю у вакуумних печах, тому графітові вакуумні печі є успішними у вакуумному спіканні. При 1300°C і низькому парціальному тиску CO 0,001 він може перетворювати оксид хрому в хром.

 

 

Температура і швидкість нагрівання

Типові цикли спікання включають процеси видалення домішок і вигоряння зв'язуючого, що передбачає нагрівання та витримку при різних температурах. Для зменшення домішок ідеальна температура наближається до 1000°C, тоді як для остаточного видалення полімеру вона наближається до 600°C.

Нержавіюча сталь 17-4PH зазнає усадки при спіканні під час дилатометричних випробувань із максимальною швидкістю приблизно 1250°C, тоді як для повної щільності (98%) потрібна пікова температура 1300°C. Однак мідь і хром випаровуються при цих високих температурах, що, можливо, спричиняє втрату термічної обробки та стійкості до корозії.

 

Крім того, синтезу дельта-фериту сприяють вищі температури; шляхом швидшої дифузії ця фаза сприятиме остаточному ущільненню. На наступному графіку мікроструктури MIM 17-4PH під час спікання видно білі колонії дельта-фериту та темні ділянки круглих оксидних пор.

Мікроструктура 1260 SS17-4 MIM

 

Контроль вуглецю

Під час процесу спікання вуглець є ще одним стабілізатором аустеніту. Вища міцність і твердість будуть досягнуті при низькому вмісті вуглецю в 17-4, нижче 0,1 масового відсотка. Зміна вмісту вуглецю вплине на фази, щільність і механічні характеристики нержавіючої сталі 17-4 PH.

 

Розпорошений порошок процесу MIM, залишки сполучного, цикл видалення зв’язування, середовище спікання, початковий кисень і пікова температура спікання – це деякі змінні, які впливають на рівень вуглецю. Основним визначальним фактором кінцевого вмісту вуглецю під час спікання є початковий рівень кисню. Наприклад, 0,03% вуглецю втрачається під час водневого спікання порошків, розпилених газом 17-4, при 1343°C. Крім того, особливо при нижчих температурах спікання, залишки сполучного також можуть спричинити забруднення вуглецем.

Під час водневого та вакуумного спікання міцність на розрив нержавіючої сталі 17-4 залежить від кількості утриманого вуглецю. Термічна обробка H900 або H1100 або стандартне спікання при 1300-1360°C. Наступне зображення ілюструє, як міцність на розрив помітно зменшується зі збільшенням вмісту вуглецю.

 

Підтримка часу

Під час спікання час витримки при найвищій температурі становить від 60 до 120 хвилин. з наведеного нижче графіка залежності густини спеченого матеріалу від температури та часу. Коли температура підвищується від 1240°C до 1360°C, він показує прогресивну щільність від 96,3% до 98,3%. Агломераційні преси досягають повної щільності (98%) після 60 хвилин витримки. Під час цієї фази пористість видаляється, а швидкість анігіляції пор знижується. Основними причинами є втрата меж зерен і втома від пористості.

 

Переваги MIM 17-4

Висока стійкість до корозії
Вікове загартування внаслідок термічної обробки
Промислова міцність і довговічність
Чудова стійкість до тепла
Ідеально підходить для складної геометрії MIM

 

Механічні характеристики

З конструктивних пристроїв використовується МІМ 17-4 РН. Улюбленими характеристиками для порівняння є міцність, твердість і подовження. Крім того, втома, межа текучості та в’язкість до руйнування є проблемами, на які впливає кілька змінних обробки.

На наступному зображенні узагальнено середні параметри 17-4 PH на основі статистичного аналізу кількох проектів MIM. Параметри спікання відповідають за приблизно 60% зміни властивостей.

 

Відповідно до промислового стандарту MIM, нержавіюча сталь 17-4 PH повинна мати мінімальну міцність на розрив 790 МПа, твердість 27 HRC після спікання та твердість 1070 МПа та 33 HRC після термічної обробки. 4% подовження для обох. Міцність на розрив нержавіючої сталі 17-4PH після спікання при 1350°C і термічної обробки H900 становить 1280 МПа для порошку, розпиленого газом, і 1136 МПа для порошку, розпиленого водою. Слід зазначити, що порошок, розпилений газом, може досягти міцності на розрив після термічної обробки 1485 МПа з подовженням 9%.

 

Стійкість до корозії

Чотири типи спеченої нержавіючої сталі (304, 316, 430 і 17-4) піддаються стандартним випробуванням на корозію в різних ситуаціях. Результати показують, що 17-4 є найменш стійким до цих умов. Крім того, оскільки пори на спечених компонентах викликають локальну корозію через концентраційну поляризацію, оброблений матеріал є більш стійким до корозії, ніж спечений матеріал. Водневе спікання та газовий розпилений порошок є двома популярними методами підвищення стійкості до корозії, оскільки залишковий кисень є недоліком.

Стійкість до корозії також пов'язана з біосумісністю. У порівнянні зі сплавами титану та кобальту нержавіюча сталь 17-4 PH має хорошу цитотоксичність, але не має конкурентоспроможної загальної біосумісності.

 

PH Application Market для MIM 17-4

Видатні механічні якості забезпечують нержавіюча сталь 17-4 PH при температурах до 350°C. Крім того, він досить міцний як для вазоподібного металу, так і для зварних швів, а викривлення та накип можна зменшити шляхом нагрівання при низькій температурі протягом короткого періоду часу.

Завдяки чудовій стійкості до корозії та тепла нержавіюча сталь 17-4 є чудовим вибором для аерокосмічного застосування. Висока чистота порошку та щільність можуть забезпечити термін служби продуктів MIM 17-4 і мінімізувати помилкові зміни.

Транспортні засоби
Найбільш широко використовуваним матеріалом у виробництві автомобілів є нержавіюча сталь 17-4, оскільки її легко обробити в різні форми. Завдяки значній довговічності технологія лиття під тиском металу також збільшує його здатність до складної геометрії.

Клієнти
Завдяки своїй винятковій стійкості до корозії 17-4 широко використовується в споживчих програмах із застосуванням технології MIM. Крім того, виняткова міцність і твердість цього матеріалу гарантують безпомилкову роботу.

На закінчення

MIM 17-4 PH робить дивовижні успіхи в оптимізації структурних властивостей. Для багатьох відповідних застосувань він пропонує різноманітні привабливі комбінації спечених властивостей. Температура спікання є основним визначальним фактором кінцевих характеристик у порівнянні з типом порошку, розміром частинок, щільністю неспеченого матеріалу, тривалістю витримки та іншими параметрами. Крім того, фаза, яка присутня в спечених матеріалах, впливає на спечені властивості.

Тим часом термічна обробка після спікання, спечена щільність і морфологія фази впливають на характеристики. Тоді як щільність спекання визначає характеристики, гаряче ізостатичне пресування (HIP) покращує їх.

Інжекційне лиття металу (MIM) стає все більш прогресивним завдяки нержавіючій сталі 17-4 PH. Щоб запропонувати подальше застосування для спеченого 17-4 PH, JHMIM залежить від технологічної бази MIM.