mim materijal nerđajući čelik 17-4

MIM 17-4 PH Pregled

Zasnovano na AISI 17-4 PH standardu, MIM 17-4 PH je martenzitni nehrđajući čelik koji se stvrdnjava putem taloženja. Odlikuje se mješavinom otpornosti na koroziju i mehaničkih kvaliteta.

Jedan od najčešće korištenih MIM materijala u sektoru brizganja metala je nehrđajući čelik 17-4 PH. Ovaj metal ima odličnu kombinaciju otpornosti na koroziju, tvrdoće i čvrstoće. Kompleksne komade dobre snage omogućavaju izuzetni kvaliteti 17-4. Nadalje, sekundarno stvrdnjavanje se vrši tokom procesa sinterovanja modifikacijom određenih parametara.

Budući da je 17-4 PH otporan na koroziju slično kao 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 hemikalija

Hemijski sastav nerđajućeg čelika 17-4 je naveden u nastavku, sa elementima i njihovim odgovarajućim težinskim procentima:

• Gvožđe (Fe):Stanje (preostali dio)
• Nikl (Ni):3,00-5,00%
• Silicijum (Si):1,00%
• Ugljik (C):0,07%
• hrom (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 različite industrijske primjene.

MIM 17-4 PH nehrđajući čelik obično ima mehaničke kvalitete koje su 10-25% lošije od kovanog 17-4 PH. Primarni uzroci uključuju:

Nedostaci u sinterovanju uključuju dugotrajne nečistoće ugljika, zadržane pore i zrna.
Gubitak elemenata izazvan isparavanjem: Cr, Cu i Ni.
Uključivanje nečistoća: O, C i N.

Sa usporenim sinteriranjem, kubična austenitna faza usmjerena na lice je stabilizirana komponentama ugljika i dušika. S druge strane, kubni delta ferit centriran na tijelo će ubrzati tempo sinterovanja. Nerđajući čelik 17-4PH podleže reakcijama taloženja koje rezultiraju visokom tvrdoćom i čvrstoćom, dok preostali delta-ferit smanjuje čvrstoću. Dodatno, martenzit se javlja tokom faze hlađenja nakon sinterovanja.

Ključna komponenta MIM proizvoda je kiseonik. Početna površina praha od nehrđajućeg čelika obloženih oksidima je velika, a količina kisika varira ovisno o načinu proizvodnje praha. Visoki nivoi kiseonika u MIM 17-4 PH delovima dovode do slabe otpornosti na koroziju i lošijih mehaničkih karakteristika jer ovi oksidi oduzimaju sposobnost hroma da inhibira koroziju.

 

Tipična svojstva

Sofisticirana tehnika za stvaranje zamršenih dijelova od nehrđajućeg čelika visokih performansi je MIM. Maksimalna temperatura, brzina zagrijavanja, okolina, trajanje zadržavanja i veličina čestica praha utiču na to kako se nerđajući čelik 17-4 PH sinteruje. Brojni faktori utiču na sastav legure 17-4 PH, što zauzvrat utiče na faze mikrostrukture, ponašanje pri sinterovanju i krajnje karakteristike. Dušik iz procesne atmosfere, kiseonik iz praha ili atmosfere i ugljenik iz praha ili veziva su primarne komponente.

 

Idealan balans snage, tvrdoće i otpornosti na koroziju čini 17-4 PH popularnim izborom. Proizvodi iz područja elektronike, stomatologije, medicine i svemira smatraju da je mješavina kvaliteta privlačna nakon termičke obrade. varira u zavisnosti od sastava, sa promjenama u Fe, Ni, Cu i Cr. Temperatura solidusa je oko 1405°C, a likvidusa oko 1440°C. Mehaničke kvalitete su osjetljive na toplinsku obradu; izduženje loma kreće se od 8 do 14%, granica tečenja se kreće od 760 do 1240 MPa, vlačna čvrstoća se kreće od 1000 do 1340 MPa, a tvrdoća dostiže 43 HRC.

 

Izuzetna kombinacija čvrstoće, tvrdoće i otpornosti na koroziju čini nehrđajući čelik 17-4 PH poželjnim izborom u industriji brizganja metala. Martenzitni nehrđajući čelik koji se najčešće taložno kaljuje je 17-4 PH.

• Velika snaga
• Ekstremno teško
• Vrhunska otpornost na koroziju
• Čvrstoća za lomove
• karakteristike termičke obrade i zavarivanja

 

Efekti veziva i odvezivanja

Za brizganje nerđajućeg čelika 17-4 PH koriste se mnogi sistemi veziva; najpopularniji su 60% punila, 30% kičme i 10% surfaktanta.

Budući da će ostaci vezivnih sastojaka promijeniti konačne razine kisika ili ugljika, uklanjanje vezivanja ima utjecaj na konačne karakteristike. Depolimerizacija ili ekstrakcija rastvaračem je početni korak u odvajanju; na primjer, parafinski vosak se rastvara u heptanu, a politilen glikol se rastvara u vrućoj vodi. Štaviše, dimljena dušična kiselina se koristi u katalitičkom odvajanju za uklanjanje polioksimetilena. Najbolji način za uklanjanje veziva u drugoj fazi odvezivanja je držanje na 600 do 1000°C u vodikovom okruženju. Ova faza se ponekad naziva početnom fazom sinterovanja.

 

Uticaj parametara sinterovanja

Brojne varijable stupaju u interakciju tokom sinterovanja nehrđajućeg čelika 17-4 PH kako bi se definirala konačna gustoća, faza, mikrostruktura i karakteristike. Četiri primarne komponente statističke analize su termička obrada, atmosfera za sinterovanje, početna koncentracija kiseonika i veličina čestica.

Temperatura sinterovanja ima najveći uticaj na gustinu sinterovanja.

 

Veličina čestica

Površinska difuzija je proces kojim se odvija prvo vezivanje čestica tokom sinterovanja; manja čestica sa većom površinom će ojačati početnu vezu. Adhezija čestica polimera bit će zamijenjena vezivanjem površinske difuzije kada dođe do pirolize veziva. Difuziji na granicama zrna potreban je rast grla jer se sinterovanje između metalnih čestica povećava kako bi se stvorile granice zrna između čestica. Kada se formira granica zrna, veličina zrna igra glavnu ulogu u sinterovanju kada počinje skupljanje, a ima inverzni efekat na brzinu sinterovanja. Međutim, uticaj početne veličine čestica može se suprotstaviti višim vršnim temperaturama ili dužim vremenima zadržavanja.

 

Atmosfera

Kod nerđajućeg čelika, standardne opcije okruženja za sinterovanje uključuju vakuum, vodonik, azot, vodonik-azot 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 silicijum i krom mogu zadržati kisik bez dodavanja ugljika grafita. Redukcija oksida se dešava kada je temperatura visoka i nivo vodonika visok; niska tačka rose garantuje ovaj proces. Hladna površinska oksidacija koja se javlja nakon sinterovanja će stvoriti pasivni premaz od silicija, željeza i hroma koji je otporan na koroziju.

Kao jak stabilizator austenita, dušik ima utjecaj na razvoj martenzita i krajnje karakteristike nehrđajućeg čelika. Kako se hladi, azot, koji je rastvorljiv u austenitu, taloži se kao Cr2N. Krom u području granice zrna će biti iscrpljen ovim talogom, što će uzrokovati brzu lokaliziranu koroziju. Kao rezultat toga, moramo spriječiti ulazak dušika u atmosferu za sinteriranje i hladiti komponente ispod 900°C brzinom od 200°C u minuti. od nerđajućeg čelika 17-4 PH za sprečavanje proizvodnje hrom nitrida.

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

 

 

Temperatura i brzina grijanja

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

Nerđajući čelik 17-4PH prolazi kroz sinterovanje skupljanja u dilatometrijskom ispitivanju pri vršnoj stopi od oko 1250°C, dok puna gustina (98%) zahteva 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 sinterovanju.

Mikrostruktura 1260 SS17-4 MIM

 

Kontrola ugljenika

Tokom procesa sinterovanja, ugljenik je još jedan stabilizator austenita. Veća čvrstoća i tvrdoća će se postići sa niskim nivoom zadržanog ugljika u 17-4, ispod 0,1 težinskog postotka. Faze, zgušnjavanje i mehaničke karakteristike nerđajućeg čelika 17-4 PH će biti pod uticajem promene sadržaja ugljenika.

 

Raspršeni prah MIM procesa, ostaci veziva, ciklus odvajanja, okruženje za sinterovanje, početni kiseonik i vršna temperatura sinterovanja su neke od varijabli koje utiču na nivo ugljenika. Primarna determinanta konačnog sadržaja ugljenika tokom sinterovanja je početni nivo kiseonika. Na primjer, 0,03% ugljika se gubi tokom vodoničnog sinteriranja 17-4 plina atomiziranih praha na 1343°C. Nadalje, posebno pri nižim temperaturama sinteriranja, ostaci veziva također mogu uzrokovati kontaminaciju ugljikom.

Kod sinteriranja vodikom i vakuumom, na vlačnu čvrstoću nehrđajućeg čelika 17-4 utječu količine ugljika koje se zadržavaju. U H900 ili H1100 termičkoj obradi, ili u standardnom sinterovanju na 1300 do 1360°C. Sljedeća slika ilustruje kako se zatezna čvrstoća primjetno smanjuje kako raste sadržaj ugljika.

 

Održavanje vremena

Prilikom sinterovanja, vrijeme zadržavanja na najvišoj temperaturi pada između 60 i 120 minuta. iz sinterovane gustine u odnosu na temperaturu i vremenski grafikon koji slijedi. Kako temperatura raste sa 1240°C na 1360°C, ona pokazuje progresivnu gustinu od 96,3% do 98,3%. Kompakti za sinterovanje postižu punu gustinu (98%), nakon 60 minuta držanja. Poroznost se uklanja i brzina anihilacije pora se smanjuje tokom ove faze. Gubitak granica zrna i zamor poroznosti su primarni uzroci.

 

Prednosti MIM 17-4

Visoka otpornost na koroziju
Termička obrada izazvana starenjem
Industrijska snaga i izdržljivost
Izuzetna otpornost na toplotu
Idealan za MIM-ovu komplikovanu geometriju

 

Mehaničke karakteristike

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

Sljedeća slika sumira prosječne parametre 17-4 PH na osnovu statističke analize nekoliko MIM projekata. Parametri sinterovanja su odgovorni za oko 60% varijacija u svojstvima.

 

Prema industrijskom standardu MIM, nerđajući čelik 17-4 PH mora imati minimalnu vlačnu čvrstoću od 790 MPa, tvrdoću od 27 HRC nakon sinterovanja i tvrdoću od 1070 MPa i 33 HRC nakon termičke obrade. 4% elongacije za oba. Vlačna čvrstoća nerđajućeg čelika 17-4PH nakon sinterovanja na 1350°C i termičke obrade H900 je 1280 MPa za prah raspršeni gasom i 1136 MPa za prah raspršeni vodom. Treba napomenuti da prah raspršeni plinom može postići toplinski obrađenu vlačnu čvrstoću od 1485 MPa uz istezanje od 9%.

 

Otpornost na koroziju

Četiri tipa sinterovanog nerđajućeg čelika (304, 316, 430 i 17-4) podvrgavaju se standardnim ispitivanjima korozije u različitim situacijama. Rezultati pokazuju da je 17-4 najmanje otporan na ove uslove. Nadalje, budući da pore na sinteriranim komponentama uzrokuju lokalnu koroziju koncentracijskom polarizacijom, kovani materijal je otporniji na koroziju od sinteriranog materijala. Sinteriranje vodika i prah raspršeni plinom dvije su popularne tehnike za poboljšanje otpornosti na koroziju jer je preostali kisik nedostatak.

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

 

Tržište aplikacija PH za MIM 17-4

Izvanredne mehaničke kvalitete osigurava nerđajući čelik 17-4 PH na temperaturama do 350°C. Osim toga, dovoljno je izdržljiv i za metal vaze i za varove, a savijanje i ljuštenje mogu se smanjiti zagrijavanjem na niskoj temperaturi u kratkom periodu.

Zbog svoje vrhunske otpornosti na koroziju i toplinu, nehrđajući čelik Aerospace 17-4 je odličan izbor za primjenu u zrakoplovstvu. Visoka čistoća i zgušnjavanje praha mogu osigurati vijek trajanja MIM 17-4 proizvoda i minimizirati promjenu greške.

Vozila
Najrasprostranjeniji materijal u proizvodnji automobila je nerđajući čelik 17-4 jer se lako obrađuje u različite 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, izuzetna čvrstoća i tvrdoća ovog materijala garantiraju funkcionalnost bez grešaka.

U zaključku

MIM 17-4 PH čini neverovatne korake u optimizaciji strukturalnih svojstava. Za brojne odgovarajuće primjene, nudi niz privlačnih kombinacija sinteriranih svojstava. Temperatura sinterovanja je primarna determinanta konačnih atributa u poređenju sa tipom praha, veličinom čestica, zelenom gustinom, trajanjem zadržavanja i drugim parametrima. Nadalje, faza koja je prisutna u sinteriranim materijalima utječe na svojstva sinterovanja.

U međuvremenu, termička obrada nakon sinterovanja, gustina sinterovanja i morfologija faze utiču na karakteristike. Dok sinterovana gustina određuje karakteristike, vruće izostatičko presovanje (HIP) ih poboljšava.

Injekciono prešanje metala (MIM) postaje sve naprednije sa nerđajućim čelikom 17-4 PH. Da bi ponudio daljnje primjene za sinterovane 17-4 PH, JHMIM ovisi o bazi MIM tehnologije.