mim materiale rustfrit stål 17-4

MIM 17-4 PH Oversigt

Baseret på AISI 17-4 PH-standarden er MIM 17-4 PH et martensitisk nedbørhærdende rustfrit stål. Det er kendetegnet ved en blanding af korrosionsbestandighed og mekaniske kvaliteter.

Et af de mest udbredte MIM-materialer i metalsprøjtestøbningssektoren er 17-4 PH rustfrit stål. Dette metal har en fantastisk blanding af korrosionsbestandighed, hårdhed og styrke. Komplekse stykker med god styrke er muliggjort af 17-4's exceptionelle kvaliteter. Ydermere udføres sekundær hærdning under sintringsprocessen ved at ændre visse parametre.

Da 17-4 PH modstår korrosion på samme måde som 304L, bruges det ofte i applikationer, der kræver mekaniske egenskaber.

Derudover er MIM-17-4 PH identificeret af UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 og rustfrit stål 17-4 PH.

 

Sammensætning af kemikalier

Den kemiske sammensætning af rustfrit stål 17-4 er angivet nedenfor, med elementer og deres respektive vægtprocenter:

• Jern (Fe):Saldo (resterende del)
• Nikkel (Ni):3,00-5,00 %
• Silicium (Si):1,00 %
• Kulstof (C):0,07 %
• Chrom (Cr):15,50-17,50 %
• Niobium (Nb):0,15-0,45 %
• Mangan (Mn):1,00 %
• Kobber (Cu):3,00-5,00 %
• Svovl (S):0,03 %

Sammensætningen sikrer materialets styrke, korrosionsbestandighed og andre egenskaber, der er egnede til forskellige industrielle anvendelser.

MIM 17-4 PH rustfrit stål har typisk mekaniske egenskaber, der er 10-25 % dårligere end bearbejdet 17-4 PH. De primære årsager omfatter:

Sintringsfejl omfatter dvælende kulstofurenheder, tilbageholdte porer og korn.
Fordampningsinduceret tab af grundstoffer: Cr, Cu og Ni.
Urenhedsinkludering: O, C og N.

Med langsommere sintring stabiliseres den ansigtscentrerede kubiske austenitfase af kulstof- og nitrogenkomponenter. På den anden side vil kropscentreret kubisk deltaferrit accelerere sintringstempoet. Rustfrit stål 17-4PH gennemgår udfældningsreaktioner, der resulterer i høj hårdhed og styrke, hvorimod resterende delta-ferrit nedsætter styrken. Derudover forekommer martensit under afkølingsfasen efter sintring.

En nøglekomponent i MIM-produkter er oxygen. Det oprindelige overfladeareal af rustfrit stålpulver belagt med oxider er højt, og mængden af ​​oxygen varierer afhængigt af pulverfremstillingsmetoden. Høje iltniveauer i MIM 17-4 PH dele fører til dårlig korrosionsbestandighed og ringere mekaniske egenskaber, da disse oxider vil fjerne chroms evne til at hæmme korrosion.

 

De typiske egenskaber

En sofistikeret teknik til at skabe indviklede, højtydende rustfrit ståldele er MIM. Spidstemperatur, opvarmningshastighed, miljø, holdevarighed og pulverpartikelstørrelse påvirker alle, hvordan rustfrit stål 17-4 PH sinter. Adskillige faktorer påvirker sammensætningen af ​​17-4 PH-legeringen, hvilket igen påvirker mikrostrukturfaserne, sintringsadfærden og ultimative egenskaber. Nitrogen fra procesatmosfæren, oxygen fra pulveret eller atmosfæren og kulstof fra pulveret eller bindemidlet er de primære komponenter.

 

Den ideelle balance mellem styrke, hårdhed og korrosionsbestandighed gør 17-4 PH til et populært valg. Produkter inden for elektronik, tandpleje, medicin og rumfart finder blandingen af ​​kvaliteter tiltalende efter varmebehandling. varierende efter sammensætningen med ændringer i Fe, Ni, Cu og Cr. Solidus-temperaturen er omkring 1405 °C, og liquidus-temperaturen er cirka 1440 °C. De mekaniske kvaliteter reagerer på varmebehandling; brudforlængelse varierer fra 8 til 14%, flydespænding varierer fra 760 til 1240 MPa, trækstyrke varierer fra 1000 til 1340 MPa, og hårdhed når 43 HRC.

 

Den enestående kombination af styrke, hårdhed og korrosionsbestandighed gør 17-4 PH rustfrit stål til et foretrukket valg i metalsprøjtestøbeindustrien. Det martensitiske rustfri stål, der oftest er nedbørshærdet, er 17-4 PH.

• Stor styrke
• Ekstremt hårdt
• Fremragende modstandsdygtighed over for korrosion
• Sejhed for brud
• egenskaber ved varmebehandling og svejsning

 

Effekter af bindemiddel og afbinding

Til rustfrit stål 17-4 PH sprøjtestøbning anvendes mange bindemiddelsystemer; de mest populære er 60 % fyldstof, 30 % rygrad og 10 % overfladeaktivt stof.

Fordi resterende bindemiddelingredienser vil ændre de endelige ilt- eller kulstofniveauer, har afbinding en indvirkning på de endelige egenskaber. Depolymerisation eller opløsningsmiddelekstraktion er det indledende trin i debinding; for eksempel opløses paraffinvoks i heptan, og polyethylenglycol opløses i varmt vand. Desuden bruges rygende salpetersyre til katalytisk afbinding for at fjerne polyoxymethylen. Den bedste måde at fjerne bindemidlet på i andet trin af afbinding er at holde det ved 600 til 1000°C i et brintmiljø. Denne fase omtales nogle gange som sintringsstartstadiet.

 

Sintringsparameterpåvirkning

En række variable interagerer under sintringen af ​​rustfrit stål 17-4 PH for at definere den endelige tæthed, fase, mikrostruktur og karakteristika. De fire primære komponenter i statistisk analyse er varmebehandling, sintringsatmosfære, initial oxygenkoncentration og partikelstørrelse.

Sintringstemperaturen har størst indflydelse på sintringsdensiteten.

 

Størrelsen af ​​partikler

Overfladediffusion er den proces, hvorved den første partikelbinding under sintring finder sted; en mindre partikel med et større overfladeareal vil styrke den indledende binding. Rygradspolymerens partikeladhæsion vil blive erstattet af overfladediffusionsbinding, når først bindemiddelpyrolyse finder sted. Korngrænsediffusion kræver halsvækst, da sintringsbinding mellem metalpartikler øges for at skabe korngrænser mellem partikler. Når korngrænsen dannes, spiller kornstørrelsen en stor rolle ved sintring, når krympningen begynder, og det har en omvendt effekt på sintringshastigheden. Indvirkningen af ​​den oprindelige partikelstørrelse kan dog modvirkes af højere spidstemperaturer eller længere holdetider.

 

Atmosfæren

I rustfrit stål omfatter standard sintringsmiljømulighederne vakuum, brint, nitrogen, hydrogen-nitrogen og argon-hydrogen.


De to mest populære sintringsatmosfærer til rustfrit stål 17-4 PH er brint og vakuum. Der er et mærkbart fald i oxid, når kulstof tilsættes. Både silicium og chrom kan holde på ilt uden kulstoftilsætning af grafit. Oxidreduktion sker, når temperaturen er høj, og brintniveauet er højt; et lavt dugpunkt vil garantere denne proces. Den kolde overfladeoxidation, der opstår efter sintring, vil skabe en passiv belægning af silicium, jern og krom, der modstår korrosion.

Som en stærk austenitstabilisator har nitrogen en indflydelse på udviklingen af ​​martensit og de ultimative egenskaber af rustfrit stål. Når det afkøles, udfældes nitrogen, som er opløseligt i austenit, som Cr2N. Chromet i korngrænseområdet vil blive opbrugt af dette bundfald, hvilket vil få lokaliseret korrosion til at opstå hurtigt. Som et resultat skal vi forhindre, at nitrogen kommer ind i sintringsatmosfæren og afkøle komponenterne til under 900°C med et tempo på 200°C pr. minut. i rustfrit stål 17-4 PH for at forhindre produktion af chromnitrid.

Grafit producerer også lave partialtryk af kulilte i vakuumovne, hvorfor grafitvakuumovne er vellykkede i vakuumsintring. Ved 1300°C og et lavt CO-partialtryk på 0,001 kan den omdanne chromoxid til chrom.

 

 

Temperatur og varmehastighed

Typiske sintringscyklusser omfatter urenhedseliminering og bindemiddeludbrændingsprocesser, der indebærer opvarmning og fastholdelse ved forskellige temperaturer. Til reduktion af urenheder er den ideelle temperatur tæt på 1000°C, mens den for ultimativ polymerfjernelse er tæt på 600°C.

Rustfrit stål 17-4PH gennemgår sintringskrympning i dilatometry test ved en spidshastighed på omkring 1250°C, hvorimod fuld densitet (98%) nødvendiggør en toptemperatur på 1300°C. Kobber og krom vil dog fordampe ved disse høje temperaturer, hvilket måske forårsager tab af varmebehandling og korrosionsbestandighed.

 

Derudover er syntesen af ​​delta-ferrit hjulpet af højere temperaturer; ved hurtigere diffusion vil denne fase hjælpe med den endelige fortætning. Hvide delta-ferritkolonier og mørke områder med cirkulære oxidporer er synlige i følgende mikrostrukturgraf af MIM 17-4PH ved sintring.

Mikrostrukturen af ​​1260 SS17-4 MIM

 

Kontrol af kulstof

Under sintringsprocessen er kulstof en anden austenitstabilisator. Højere styrke og hårdhed vil blive opnået med lavt tilbageholdt kulstofindhold i 17-4, under 0,1 vægtprocent. Rustfrit stål 17-4 PHs faser, fortætning og mekaniske egenskaber vil alle blive påvirket af ændringen i kulstofindholdet.

 

MIM-processens forstøvede pulver, bindemiddelrester, afbindingscyklus, sintringsmiljø, startoxygen og sintringsspidstemperatur er nogle af de variabler, der påvirker kulstofniveauet. Den primære determinant for det endelige kulstofindhold under sintring er det indledende oxygenniveau. For eksempel går 0,03% kulstof tabt under hydrogensintring af 17-4 gasforstøvede pulvere ved 1343°C. Endvidere kan bindemiddelrester, især ved lavere sintringstemperaturer, også forårsage kulstofforurening.

Ved brint- og vakuumsintring er trækstyrken af ​​rustfrit stål 17-4 påvirket af mængden af ​​kulstof, der tilbageholdes. I enten H900 eller H1100 varmebehandling eller i standard sintring ved 1300 til 1360°C. Det følgende billede illustrerer, hvordan trækstyrken falder mærkbart, når kulstofindholdet stiger.

 

Vedligeholdelse af tid

Ved sintring falder holdetiden ved den højeste temperatur mellem 60 og 120 minutter. fra den sintrede densitet versus temperatur og tid graf, der følger. Når temperaturen stiger fra 1240°C til 1360°C, viser den en progressiv tæthed fra 96,3% til 98,3%. Sintringspresserne opnår fuld densitet (98%) efter 60 minutters holding. Porøsiteten fjernes, og hastigheden af ​​poreannihilation reduceres i denne fase. Tabet af korngrænser og porøsitetstræthed er de primære årsager.

 

Fordele ved MIM 17-4

Høj modstand mod korrosion
Varmebehandlingsinduceret aldershærdning
Industriel styrke og holdbarhed
Fremragende modstandsdygtighed over for varme
Ideel til MIMs komplicerede geometri

 

Mekaniske egenskaber

Hvad angår strukturelle enheder, anvendes MIM 17-4 PH. Foretrukne sammenlignelige egenskaber er styrke, hårdhed og forlængelse. Derudover er træthed, flydespænding og brudsejhed problemer, der påvirkes af flere behandlingsvariable.

Følgende billede opsummerer de gennemsnitlige parametre på 17-4 PH baseret på statistisk analyse af flere MIM-projekter. Sintringsparametre er ansvarlige for omkring 60 % af variationen i egenskaber.

 

Ifølge MIM industristandarden skal rustfrit stål 17-4 PH have en minimumstrækstyrke på 790 MPa, en hårdhed på 27 HRC efter sintring og en hårdhed på 1070 MPa og 33 HRC efter varmebehandling. 4% forlængelse for begge. Trækstyrken af ​​rustfrit stål 17-4PH efter 1350°C sintring og H900 varmebehandling er 1280 MPa for gasforstøvet pulver og 1136 MPa for vandforstøvet pulver. Det skal bemærkes, at gasforstøvet pulver kan opnå en varmebehandlet trækstyrke på 1485 MPa med 9 % forlængelse.

 

Modstand mod korrosion

Fire typer sintret rustfrit stål (304, 316, 430 og 17-4) udsættes for standard korrosionstest i en række forskellige situationer. Resultaterne viser, at 17-4 er den mindst modstandsdygtige over for disse forhold. Desuden, fordi porer på sintrede komponenter forårsager lokal korrosion ved koncentrationspolarisering, er smedemateriale mere modstandsdygtige over for korrosion end sintrede materiale. Hydrogensintring og gasforstøvet pulver er to populære teknikker til at forbedre korrosionsbestandigheden, fordi resterende oxygen er en ulempe.

Korrosionsbestandighed er også relateret til biokompatibilitet. Sammenlignet med titanium og koboltlegeringer har rustfrit stål 17-4 PH god cytotoksicitet, men mangler konkurrencedygtig overordnet biokompatibilitet.

 

PH Application Market for MIM 17-4

Fremragende mekaniske kvaliteter leveres af 17-4 PH rustfrit stål ved temperaturer helt op til 350°C. Derudover er den holdbar nok til både vasemetal og svejsninger, og vridning og afskalning kan reduceres ved opvarmning ved lav temperatur i en kort periode.

På grund af dets overlegne korrosions- og varmebestandighed er Aerospace 17-4 rustfrit stål et godt valg til rumfartsapplikationer. Høj pulverrenhed og fortætning kan sikre levetiden for MIM 17-4-produkter og minimere fejlændringer.

Køretøjer
Det mest udbredte materiale i produktionen af ​​biler er rustfrit stål 17-4, fordi det er nemt at forarbejde til en række forskellige former. Med betydelig holdbarhed øger metalsprøjtestøbningsteknologien også dens kapacitet til kompleks geometri.

Kunder
På grund af sin exceptionelle korrosionsbestandighed er 17-4 meget udbredt i forbrugerapplikationer, der anvender MIM-teknologi. Ydermere garanterer den enestående styrke og hårdhed af dette materiale fejlfri funktionalitet.

Som konklusion

MIM 17-4 PH gør fantastiske fremskridt med at optimere strukturelle egenskaber. Til adskillige passende anvendelser tilbyder den en række tiltalende kombinationer af sintrede egenskaber. Sintringstemperatur er den primære determinant for endelige egenskaber sammenlignet med pulvertype, partikelstørrelse, grøntæthed, holdevarighed og andre parametre. Desuden påvirker den fase, der er til stede i sintrede materialer, de sintrede egenskaber.

I mellemtiden påvirker varmebehandling efter sintring, sintret tæthed og fasemorfologi alle karakteristika. Mens sintret tæthed bestemmer egenskaberne, forbedrer Hot Isostatic Pressing (HIP) dem.

Metal Injection Molding (MIM) bliver stadig mere avanceret med rustfrit stål 17-4 PH. For at tilbyde yderligere applikationer til sintret 17-4 PH er JHMIM afhængig af MIM-teknologibasen.