Material mim acero inoxidable 17-4

Descripción general de MIM 17-4 PH

Basado en la norma AISI 17-4 PH, el MIM 17-4 PH es un acero inoxidable martensítico de endurecimiento por precipitación. Se distingue por su combinación de resistencia a la corrosión y cualidades mecánicas.

Uno de los materiales MIM más utilizados en la inyección de metal El sector de moldeo se basa en el acero inoxidable 17-4 PH. Este metal ofrece una excelente combinación de resistencia a la corrosión, dureza y resistencia. Las excepcionales cualidades del 17-4 permiten obtener piezas complejas con buena resistencia. Además, durante el proceso de sinterización se realiza un endurecimiento secundario modificando ciertos parámetros.

Dado que el 17-4 PH resiste la corrosión de manera similar al 304L, se utiliza con frecuencia en aplicaciones que requieren propiedades mecánicas.

Además, MIM-17-4 PH está identificado por UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 y acero inoxidable 17-4 PH.

 

Composición de sustancias químicas

A continuación se detalla la composición química del Acero Inoxidable 17-4, con los elementos y sus respectivos porcentajes en peso:

• Hierro (Fe): Saldo (porción restante)
• Níquel (Ni): 3,00-5,00%
• Silicio (Si): 1.00%
• Carbono (C): 0,07%
• Cromo (Cr): 15,50-17,50%
• Niobio (Nb): 0,15-0,45%
• Manganeso (Mn): 1.00%
• Cobre (Cu): 3,00-5,00%
• Azufre (S): 0,03%

La composición garantiza la resistencia del material, la resistencia a la corrosión y otras propiedades adecuadas para diversas aplicaciones industriales.

El acero inoxidable MIM 17-4 PH suele tener características mecánicas entre un 10 % y un 25 % inferiores a las del acero 17-4 PH forjado. Las principales causas incluyen:

Los defectos de sinterización incluyen impurezas de carbono persistentes, poros retenidos y granos.
Pérdida de elementos inducida por evaporación: Cr, Cu y Ni.
Inclusión de impurezas: O, C y N.

Al ralentizar la sinterización, la fase austenítica cúbica centrada en la cara se estabiliza con componentes de carbono y nitrógeno. Por otro lado, la ferrita delta cúbica centrada en el cuerpo acelera el ritmo de sinterización. El acero inoxidable 17-4PH experimenta reacciones de precipitación que resultan en una alta dureza y resistencia, mientras que la ferrita delta residual la reduce. Además, la martensita se forma durante la fase de enfriamiento posterior a la sinterización.

Un componente clave de Mi productos es oxígeno. La superficie inicial de los polvos de acero inoxidable recubiertos con óxidos es alta, y la cantidad de oxígeno varía según el método de fabricación. Los altos niveles de oxígeno en las piezas MIM 17-4 PH reducen la resistencia a la corrosión y las características mecánicas, ya que estos óxidos reducen la capacidad del cromo para inhibir la corrosión.

 

Las propiedades típicas

Una técnica sofisticada para crear piezas intrincadas de acero inoxidable de alto rendimiento es la MIM. La temperatura pico, la velocidad de calentamiento, el entorno, el tiempo de mantenimiento y el tamaño de las partículas de polvo afectan la sinterización del acero inoxidable 17-4 PH. Numerosos factores influyen en la composición de la aleación 17-4 PH, lo que a su vez influye en las fases de la microestructura, el comportamiento de sinterización y las características finales. El nitrógeno de la atmósfera de proceso, el oxígeno del polvo o la atmósfera, y el carbono del polvo o aglutinante son los componentes principales.

 

El equilibrio ideal entre resistencia, dureza y resistencia a la corrosión convierte al 17-4 PH en una opción popular. Productos en los sectores de la electrónica, la odontología, la medicina y la industria aeroespacial encuentran atractiva esta combinación de cualidades tras el tratamiento térmico. Su composición varía según la temperatura, con cambios en Fe, Ni, Cu y Cr. La temperatura de solidus ronda los 1405 °C y la de liquidus, aproximadamente, los 1440 °C. Sus propiedades mecánicas responden al tratamiento térmico: el alargamiento a la fractura oscila entre el 8 % y el 14 %, el límite elástico entre 760 y 1240 MPa, la resistencia a la tracción entre 1000 y 1340 MPa y la dureza alcanza los 43 HRC.

 

La excepcional combinación de resistencia, dureza y resistencia a la corrosión convierte al acero inoxidable 17-4 PH en la opción preferida en la industria del moldeo por inyección de metales. El acero inoxidable martensítico que se endurece por precipitación con mayor frecuencia es el 17-4 PH.

• Gran fuerza
• Extremadamente duro
• Excelente resistencia a la corrosión
• Tenacidad a las fracturas
• Características del tratamiento térmico y la soldadura.

 

Efectos del aglutinante y del desaglutinante

Para el moldeo por inyección de acero inoxidable 17-4 PH, se utilizan muchos sistemas aglutinantes; los más populares son 60% de relleno, 30% de estructura principal y 10% de surfactante.

Dado que los ingredientes sobrantes del aglutinante alteran los niveles finales de oxígeno o carbono, el desaglomerado influye en las características finales. La despolimerización o extracción con disolventes es el paso inicial del desaglomerado; por ejemplo, la parafina se disuelve en heptano y el polietilenglicol en agua caliente. Además, en el desaglomerado catalítico se utiliza ácido nítrico fumante para eliminar el polioximetileno. La mejor manera de eliminar el aglutinante en la segunda etapa del desaglomerado es mantenerlo a una temperatura de 600 a 1000 °C en un entorno de hidrógeno. Esta fase se denomina a veces etapa de inicio de la sinterización.

 

Impacto de los parámetros de sinterización

Diversas variables interactúan durante la sinterización del acero inoxidable 17-4 PH para definir la densidad, la fase, la microestructura y las características finales. Los cuatro componentes principales del análisis estadístico son el tratamiento térmico, la atmósfera de sinterización, la concentración inicial de oxígeno y el tamaño de partícula.

La temperatura de sinterización tiene la mayor influencia en la densidad sinterizada.

 

El tamaño de las partículas

La difusión superficial es el proceso mediante el cual se produce la primera unión de partículas durante la sinterización; una partícula más pequeña con mayor área superficial reforzará la unión inicial. La adhesión de partículas del polímero principal será reemplazada por la unión por difusión superficial una vez que se produzca la pirólisis del aglutinante. La difusión del límite de grano requiere el crecimiento del cuello a medida que aumenta la unión por sinterización entre las partículas metálicas para crear límites de grano entre ellas. Cuando se forma el límite de grano, el tamaño de grano desempeña un papel fundamental en la sinterización al comenzar la contracción y tiene un efecto inverso en la velocidad de sinterización. Sin embargo, el impacto del tamaño de partícula inicial puede contrarrestarse mediante temperaturas pico más altas o tiempos de mantenimiento más prolongados.

 

La atmósfera

En acero inoxidable, las opciones de entorno de sinterización estándar incluyen vacío, hidrógeno, nitrógeno, hidrógeno-nitrógeno y argón-hidrógeno.


Las dos atmósferas de sinterización más populares para el acero inoxidable 17-4 PH son el hidrógeno y el vacío. Se observa una disminución notable del óxido al añadir carbono. Tanto el silicio como el cromo pueden retener el oxígeno sin la adición de carbono del grafito. La óxido-reducción ocurre cuando la temperatura y el nivel de hidrógeno son altos; un punto de rocío bajo garantiza este proceso. La oxidación superficial en frío que se produce tras la sinterización crea una capa pasiva de silicio, hierro y cromo resistente a la corrosión.

Como potente estabilizador de la austenita, el nitrógeno influye en el desarrollo de la martensita y en las características finales del acero inoxidable. Al enfriarse, el nitrógeno, soluble en la austenita, precipita como Cr₂N. El cromo en la zona del límite de grano se reduce debido a este precipitado, lo que provoca una rápida corrosión localizada. Por lo tanto, es necesario evitar la entrada de nitrógeno en la atmósfera de sinterización y enfriar los componentes por debajo de 900 °C a una velocidad de 200 °C por minuto en acero inoxidable 17-4 PH para evitar la producción de nitruro de cromo.

El grafito también produce bajas presiones parciales de monóxido de carbono en hornos de vacío, por lo que estos hornos son eficaces en la sinterización al vacío. A 1300 °C y una baja presión parcial de CO de 0,001, puede convertir el óxido de cromo en cromo.

 

 

Temperatura y velocidad de calentamiento

Los ciclos típicos de sinterización incluyen procesos de eliminación de impurezas y quemado del aglutinante, que implican calentamiento y mantenimiento a diversas temperaturas. Para la reducción de impurezas, la temperatura ideal es cercana a los 1000 °C, mientras que para la eliminación definitiva del polímero, es cercana a los 600 °C.

El acero inoxidable 17-4PH experimenta contracción por sinterización en pruebas de dilatometría a una velocidad máxima de aproximadamente 1250 °C, mientras que el acero de densidad completa (98 %) requiere una temperatura máxima de 1300 °C. Sin embargo, el cobre y el cromo se evaporan a estas altas temperaturas, lo que podría causar una pérdida del tratamiento térmico y de la resistencia a la corrosión.

 

Además, la síntesis de delta-ferrita se ve facilitada por temperaturas más altas; gracias a una difusión más rápida, esta fase contribuirá a la densificación final. En el siguiente gráfico de microestructura de MIM 17-4PH en sinterización se observan colonias blancas de delta-ferrita y áreas oscuras de poros circulares de óxido.

La microestructura de 1260 SS17-4 MIM

 

Control del Carbono

Durante el proceso de sinterización, el carbono es otro estabilizador de la austenita. Se obtendrá mayor resistencia y dureza con un bajo contenido de carbono retenido en el acero 17-4, inferior al 0,1 % en peso. Las fases, la densificación y las características mecánicas del acero inoxidable 17-4 PH se verán afectadas por el cambio en el contenido de carbono.

 

El polvo atomizado, los residuos de aglutinante, el ciclo de desaglomerado, el entorno de sinterización, el oxígeno inicial y la temperatura pico de sinterización del proceso MIM son algunas de las variables que afectan el contenido de carbono. El principal determinante del contenido final de carbono durante la sinterización es el nivel inicial de oxígeno. Por ejemplo, se pierde un 0,03 % de carbono durante la sinterización con hidrógeno de polvos atomizados con gas 17-4 a 1343 °C. Además, especialmente a temperaturas de sinterización más bajas, los residuos de aglutinante también pueden causar contaminación por carbono.

En la sinterización de hidrógeno y vacío, la resistencia a la tracción del acero inoxidable 17-4 se ve afectada por la cantidad de carbono retenido. Tanto en el tratamiento térmico H900 como en el H1100, o en la sinterización estándar a 1300-1360 °C, la siguiente imagen ilustra cómo la resistencia a la tracción disminuye notablemente a medida que aumenta el contenido de carbono.

 

Manteniendo el tiempo

En la sinterización, los tiempos de mantenimiento a la temperatura más alta oscilan entre 60 y 120 minutos. Según el gráfico de densidad de sinterización en función de la temperatura y el tiempo que aparece a continuación, a medida que la temperatura aumenta de 1240 °C a 1360 °C, se observa una densidad progresiva del 96,3 % al 98,3 %. Los compactos de sinterización alcanzan su densidad máxima (98 %) tras 60 minutos de mantenimiento. Durante esta fase, se elimina la porosidad y se reduce la tasa de aniquilación de poros. La pérdida de los límites de grano y la fatiga por porosidad son las principales causas.

 

Beneficios de MIM 17-4

Alta resistencia a la corrosión
Endurecimiento por envejecimiento inducido por tratamiento térmico
Resistencia y durabilidad industrial
Excelente resistencia al calor
Ideal para la geometría complicada de MIM

 

Características mecánicas

En cuanto a los dispositivos estructurales, se utiliza MIM 17-4 PH. Sus características comparables preferidas son la resistencia, la dureza y la elongación. Además, la fatiga, el límite elástico y la tenacidad a la fractura son aspectos que se ven afectados por diversas variables de procesamiento.

La siguiente imagen resume los parámetros promedio de 17-4 PH según el análisis estadístico de varios proyectos MIM. Los parámetros de sinterización son responsables de aproximadamente el 60 % de la variación de las propiedades.

 

Según la norma industrial MIM, el acero inoxidable 17-4 PH debe tener una resistencia a la tracción mínima de 790 MPa, una dureza de 27 HRC tras la sinterización y una dureza de 1070 MPa y 33 HRC tras el tratamiento térmico. Su alargamiento es del 4 % en ambos casos. La resistencia a la tracción del acero inoxidable 17-4 PH tras la sinterización a 1350 °C y el tratamiento térmico H900 es de 1280 MPa para el polvo atomizado con gas y de 1136 MPa para el polvo atomizado con agua. Cabe destacar que el polvo atomizado con gas puede alcanzar una resistencia a la tracción de 1485 MPa tras el tratamiento térmico con un alargamiento del 9 %.

 

Resistencia a la corrosión

Cuatro tipos de acero inoxidable sinterizado (304, 316, 430 y 17-4) se someten a pruebas de corrosión estándar en diversas situaciones. Los resultados muestran que el 17-4 es el menos resistente a estas condiciones. Además, dado que los poros de los componentes sinterizados causan corrosión local por polarización por concentración, el material forjado es más resistente a la corrosión que el sinterizado. La sinterización con hidrógeno y el polvo atomizado con gas son dos técnicas populares para mejorar la resistencia a la corrosión, ya que el oxígeno residual es un inconveniente.

La resistencia a la corrosión también está relacionada con la biocompatibilidad. En comparación con las aleaciones de titanio y cobalto, el acero inoxidable 17-4 PH presenta buena citotoxicidad, pero carece de una biocompatibilidad general competitiva.

 

Mercado de aplicaciones PH para MIM 17-4

El acero inoxidable 17-4 PH ofrece excelentes cualidades mecánicas a temperaturas de hasta 350 °C. Además, es lo suficientemente resistente tanto para el metal de los jarrones como para las soldaduras, y la deformación y la formación de incrustaciones se pueden reducir calentándolo a baja temperatura durante un breve periodo.

Gracias a su superior resistencia a la corrosión y al calor, el acero inoxidable 17-4 aeroespacial es una excelente opción para aplicaciones aeroespaciales. La alta pureza y densificación del polvo garantizan la vida útil de los productos MIM 17-4 y minimizan los cambios por error.

Vehículos
El material más utilizado en la producción de automóviles es el acero inoxidable 17-4, ya que se puede procesar fácilmente en diversas formas. Gracias a su considerable durabilidad, la tecnología de moldeo por inyección de metal también aumenta su capacidad para geometrías complejas.

Clientes
Gracias a su excepcional resistencia a la corrosión, el 17-4 se utiliza ampliamente en aplicaciones de consumo que utilizan tecnología MIM. Además, su excepcional resistencia y dureza garantizan un funcionamiento sin errores.

En conclusión

MIM 17-4 PH logra avances asombrosos en la optimización de las propiedades estructurales. Para numerosas aplicaciones, ofrece una variedad de atractivas combinaciones de propiedades sinterizadas. La temperatura de sinterización es el principal determinante de los atributos finales en comparación con el tipo de polvo, el tamaño de partícula, la densidad en verde, el tiempo de retención y otros parámetros. Además, la fase presente en los materiales sinterizados afecta sus propiedades.

Mientras tanto, el tratamiento térmico posterior a la sinterización, la densidad de sinterización y la morfología de la fase afectan las características. Si bien la densidad de sinterización determina las características, el prensado isostático en caliente (HIP) las mejora.

El moldeo por inyección de metal (MIM) se está volviendo cada vez más avanzado con el acero inoxidable 17-4 PH. Para ofrecer más aplicaciones para el 17-4 PH sinterizado, JHMIM se basa en la tecnología MIM.