mim materjal roostevaba teras 17-4

MIM 17-4 PH ülevaade

MIM 17-4 PH on AISI 17-4 PH standardil põhinev martensiitsene sademekindla roostevaba teras. Seda eristab korrosioonikindluse ja mehaaniliste omaduste segu.

Üks enimkasutatavaid MIM-materjale metalli survevalusektoris on 17-4 PH roostevaba teras. Sellel metallil on suurepärane segu korrosioonikindlusest, kõvadusest ja tugevusest. Hea tugevusega keerukad tükid on võimalikud tänu 17-4 erakordsetele omadustele. Lisaks viiakse paagutamisprotsessi käigus läbi sekundaarne karastamine, muutes teatud parameetreid.

Kuna 17-4 PH on sarnaselt 304L-ga korrosioonikindel, kasutatakse seda sageli mehaanilisi omadusi nõudvates rakendustes.

Lisaks on MIM-17-4 PH identifitseeritud UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 ja roostevaba terase 17-4 PH järgi.

 

Kemikaalide koostis

Roostevaba terase 17-4 keemiline koostis on loetletud allpool koos elementide ja nende vastavate massiprotsentidega:

• Raud (Fe):Saldo (ülejäänud osa)
• Nikkel (Ni):3,00-5,00%
• Räni (Si):1,00%
• Süsinik (C):0,07%
• Kroom (Cr):15,50-17,50%
• Nioobium (Nb):0,15-0,45%
• Mangaan (Mn):1,00%
• Vask (Cu):3,00-5,00%
• Väävel (S):0,03%

Koostis tagab materjali tugevuse, korrosioonikindluse ja muud erinevateks tööstuslikeks rakendusteks sobivad omadused.

MIM 17-4 PH roostevaba terase mehaanilised omadused on tavaliselt 10-25% halvemad kui sepistatud 17-4 PH. Peamised põhjused hõlmavad järgmist:

Paagutamisvigade hulka kuuluvad püsivad süsiniku lisandid, peidetud poorid ja terad.
Aurustumisest tingitud elementide kadu: Cr, Cu ja Ni.
Lisandite lisamine: O, C ja N.

Aeglasema paagutamise korral stabiliseeritakse süsiniku ja lämmastiku komponentidega näokeskne kuubikujuline austeniidi faas. Teisest küljest kiirendab kehakeskne kuubikujuline deltaferriit paagutamise tempot. Roostevaba teras 17-4PH läbib sadestamisreaktsioone, mille tulemuseks on kõrge kõvadus ja tugevus, samas kui delta-ferriidi jääk vähendab tugevust. Lisaks tekib martensiit jahutusfaasis pärast paagutamist.

MIM-toodete põhikomponent on hapnik. Oksiididega kaetud roostevabast terasest pulbrite esialgne pind on suur ja hapniku hulk varieerub sõltuvalt pulbri valmistamise meetodist. Kõrge hapnikutase MIM 17-4 PH osades põhjustab kehva korrosioonikindluse ja halvemad mehaanilised omadused, kuna need oksiidid võtavad kroomilt ära korrosiooni pärssimise.

 

Tüüpilised omadused

Keeruline tehnika keerukate ja suure jõudlusega roostevabast terasest osade loomiseks on MIM. Tipptemperatuur, kuumutuskiirus, keskkond, säilivusaeg ja pulbri osakeste suurus mõjutavad kõik roostevaba terase 17–4 PH paagutamist. Paljud tegurid mõjutavad 17–4 PH sulami koostist, mis omakorda mõjutab mikrostruktuuri faase, paagutamiskäitumist ja lõplikke omadusi. Protsessi atmosfääri lämmastik, pulbrist või atmosfäärist pärinev hapnik ja pulbrist või sideainest pärinev süsinik on peamised komponendid.

 

Ideaalne tugevuse, kõvaduse ja korrosioonikindluse tasakaal muudab 17-4 PH populaarseks valikuks. Elektroonika, hambaravi, meditsiini ja kosmosevaldkonna tooted leiavad, et pärast kuumtöötlemist on nende omaduste kombinatsioon ahvatlev. varieerub vastavalt koostisele, muutustega Fe, Ni, Cu ja Cr. Tahke aine temperatuur on umbes 1405 ° C ja vedelike temperatuur on umbes 1440 ° C. Mehaanilised omadused reageerivad kuumtöötlemisele; purunemispikenemine jääb vahemikku 8–14%, voolavuspiir on 760–1240 MPa, tõmbetugevus 1000–1340 MPa ja kõvadus 43 HRC.

 

Tugevuse, kõvaduse ja korrosioonikindluse erakordne kombinatsioon muudab 17-4 PH roostevaba terase eelistatud valikuks metalli survevalutööstuses. Kõige sagedamini sademetega karastatud martensiitsest roostevaba teras on 17-4 PH.

• Suur jõud
• Äärmiselt raske
• Suurepärane korrosioonikindlus
• Tugevus luumurdude jaoks
• kuumtöötlemise ja keevitamise omadused

 

Sideaine ja lahtiühendamise mõjud

Roostevabast terasest 17-4 PH survevalu jaoks kasutatakse paljusid sideainesüsteeme; kõige populaarsemad on 60% täiteainet, 30% selgroogu ja 10% pindaktiivset ainet.

Kuna ülejäänud sideaine koostisosad muudavad hapniku või süsiniku lõplikku taset, mõjutab sideme eemaldamine lõplikke omadusi. Depolümeriseerimine või lahustiga ekstraheerimine on side eemaldamise esimene etapp; näiteks parafiin lahustub heptaanis ja polütüleenglükool kuumas vees. Lisaks kasutatakse suitsevat lämmastikhapet katalüütilises sidumises, et eemaldada polüoksümetüleen. Parim viis sideaine eemaldamiseks sidumise teises etapis on hoida seda 600–1000 °C juures vesiniku keskkonnas. Seda faasi nimetatakse mõnikord paagutamise algusfaasiks.

 

Paagutamisparameetri mõju

Roostevaba terase 17–4 PH paagutamise ajal mõjutavad mitmed muutujad lõplikku tihedust, faasi, mikrostruktuuri ja omadusi. Statistilise analüüsi neli peamist komponenti on kuumtöötlus, paagutamisatmosfäär, hapniku algkontsentratsioon ja osakeste suurus.

Paagutamistemperatuuril on kõige suurem mõju paagutamise tihedusele.

 

Osakeste suurus

Pinddifusioon on protsess, mille käigus toimub esimene osakeste sidumine paagutamise ajal; väiksem osake suurema pindalaga tugevdab esialgset sidet. Kui sideaine pürolüüs on toimunud, asendatakse polümeeri põhiosakeste adhesioon pinna difusioonsidemega. Terade piiride difusioon vajab kaela kasvu, kuna metalliosakeste vaheline paagutav side suureneb, et luua osakeste vahel terade piire. Terapiiri moodustumisel mängib tera suurus paagutamisel olulist rolli, kui algab kokkutõmbumine, ja see mõjutab paagutamiskiirust pöördvõrdeliselt. Osakeste esialgse suuruse mõju saab aga neutraliseerida kõrgemate tipptemperatuuride või pikemate hoidmisaegadega.

 

Atmosfäär

Roostevaba terase standardsete paagutamiskeskkonna valikute hulka kuuluvad vaakum, vesinik, lämmastik, vesinik-lämmastik ja argoon-vesinik.


Kaks kõige populaarsemat roostevaba terase 17–4 PH paagutamiskeskkonda on vesinik ja vaakum. Süsiniku lisamisel on märgatav oksiidisisalduse langus. Nii räni kui ka kroom suudavad hapnikku kinni hoida ilma grafiidi süsinikulisandita. Oksiidide redutseerimine toimub siis, kui temperatuur on kõrge ja vesiniku tase kõrge; madal kastepunkt tagab selle protsessi. Pärast paagutamist toimuv külm pinna oksüdatsioon loob räni, raua ja kroomi passiivse katte, mis on korrosioonile vastupidav.

Tugeva austeniidi stabilisaatorina avaldab lämmastik mõju martensiidi arengule ja roostevaba terase ülimatele omadustele. Jahtudes sadestub austeniidis lahustuv lämmastik Cr2N-na. Selle sademe tõttu kahaneb kroom terade piirialal, mis põhjustab kiiret lokaalset korrosiooni. Selle tulemusena peame vältima lämmastiku sattumist paagutavasse atmosfääri ja jahutama komponendid alla 900°C tempoga 200°C minutis. roostevabast terasest 17-4 PH, et vältida kroomnitriidi teket.

Grafiit toodab vaakumpahjudes ka madalat osarõhku süsinikmonooksiidi, mistõttu on grafiidist vaakumpahjud vaakumpaagutamisel edukad. Temperatuuril 1300 °C ja madala CO osarõhul 0,001 suudab see kroomoksiidi kroomiks muuta.

 

 

Temperatuur ja küttekiirus

Tüüpilised paagutamistsüklid hõlmavad lisandite eemaldamise ja sideaine läbipõlemise protsesse, mis hõlmavad kuumutamist ja erinevatel temperatuuridel hoidmist. Lisandite vähendamiseks on ideaalne temperatuur 1000 °C lähedal, polümeeri lõplikuks eemaldamiseks aga 600 °C lähedal.

Roostevaba teras 17-4PH läbib dilatomeetria testimisel paagutamise kokkutõmbumise tippkiirusel umbes 1250 °C, samas kui täistiheduse (98%) puhul on vajalik tipptemperatuur 1300 °C. Vask ja kroom aga aurustuvad nendel kõrgetel temperatuuridel, põhjustades võib-olla kuumtöötluse ja korrosioonikindluse kaotuse.

 

Lisaks soodustab delta-ferriidi sünteesi kõrgem temperatuur; kiirema difusiooni tõttu aitab see faas kaasa lõplikule tihenemisele. Valged delta-ferriidi kolooniad ja ümmarguste oksiidipooride tumedad alad on paagutamisel nähtavad järgmisel MIM 17-4PH mikrostruktuuri graafikul.

1260 SS17-4 MIM mikrostruktuur

 

Süsiniku kontroll

Paagutamisprotsessi ajal on süsinik veel üks austeniidi stabilisaator. Suurem tugevus ja kõvadus saavutatakse madala süsinikusisaldusega 17–4, alla 0,1 massiprotsendi. Süsinikusisalduse muutus mõjutab roostevabast terasest 17-4 PH faase, tihenemist ja mehaanilisi omadusi.

 

MIM-protsessi pihustatud pulber, sideaine jäägid, sidumistsükkel, paagutamiskeskkond, lähtehapnik ja paagutamise tipptemperatuur on mõned muutujad, mis mõjutavad süsiniku taset. Lõpliku süsinikusisalduse peamine määraja paagutamise ajal on hapniku esialgne tase. Näiteks 17-4 gaasipihustatud pulbri vesinikuga paagutamisel 1343 °C juures kaob 0,03% süsinikku. Lisaks võivad sideainejäägid, eriti madalamatel paagutamistemperatuuridel, põhjustada süsiniku saastumist.

Vesiniku- ja vaakumpaagutamisel mõjutavad roostevaba terase 17-4 tõmbetugevust kinnipeetud süsiniku hulk. Kas H900 või H1100 kuumtöötlemisel või tavalisel paagutamisel temperatuuril 1300–1360 °C. Järgmine pilt illustreerib, kuidas tõmbetugevus süsinikusisalduse tõustes märgatavalt väheneb.

 

Aja hoidmine

Paagutamisel langevad kõrgeimal temperatuuril hoidmisajad 60 ja 120 minuti vahele. paagutatud tiheduse ja temperatuuri ja aja graafikust. Kui temperatuur tõuseb 1240 °C-lt 1360 °C-ni, näitab see järk-järgult tihedust 96,3% -lt 98,3% -ni. Paagutavad tihendid saavutavad täistiheduse (98%) pärast 60-minutilist hoidmist. Selles faasis eemaldatakse poorsus ja pooride annihilatsiooni kiirus väheneb. Peamised põhjused on terade piiride kadumine ja poorsuse väsimus.

 

MIM 17-4 eelised

Kõrge vastupidavus korrosioonile
Kuumtöötlemisest tingitud vananemise kõvenemine
Tööstuslik tugevus ja vastupidavus
Silmapaistev kuumakindlus
Ideaalne MIM-i keerulise geomeetria jaoks

 

Mehaanilised omadused

Konstruktsiooniseadmete osas kasutatakse MIM 17-4 PH. Eelistatavad võrreldavad omadused on tugevus, kõvadus ja venivus. Lisaks on väsimus, voolavuspiir ja purunemiskindlus probleemid, mida mõjutavad mitmed töötlemismuutujad.

Järgnev pilt võtab kokku 17-4 PH keskmised parameetrid, mis põhinevad mitmete MIM-projektide statistilisel analüüsil. Paagutamisparameetrid põhjustavad umbes 60% omaduste varieerumisest.

 

MIM tööstusstandardi kohaselt peab roostevaba terase 17-4 PH minimaalne tõmbetugevus olema 790 MPa, kõvadus pärast paagutamist 27 HRC ning pärast kuumtöötlemist kõvadus 1070 MPa ja 33 HRC. 4% pikenemine mõlemal. Roostevaba terase 17-4PH tõmbetugevus pärast 1350°C paagutamist ja H900 kuumtöötlust on gaasiga pihustatud pulbri puhul 1280 MPa ja veega pihustatud pulbri puhul 1136 MPa. Tuleb märkida, et gaasiga pihustatud pulber võib saavutada kuumtöödeldud tõmbetugevuse 1485 MPa 9% pikenemisega.

 

Vastupidavus korrosioonile

Nelja tüüpi paagutatud roostevaba teras (304, 316, 430 ja 17-4) läbivad standardsed korrosioonikatsed erinevates olukordades. Tulemused näitavad, et 17-4 on nendele tingimustele kõige vähem vastupidav. Lisaks, kuna paagutatud komponentide poorid põhjustavad kontsentreeritud polarisatsiooni tõttu lokaalset korrosiooni, on sepistatud materjal korrosioonile vastupidavam kui paagutatud materjal. Vesiniku paagutamine ja gaasiga pihustatud pulber on kaks populaarset meetodit korrosioonikindluse parandamiseks, kuna jääkhapnik on puuduseks.

Korrosioonikindlus on seotud ka biosobivusega. Võrreldes titaani ja koobaltisulamitega on roostevaba teras 17-4 PH hea tsütotoksilisusega, kuid sellel puudub konkurentsivõimeline üldine biosobivus.

 

PH rakenduste turg MIM-i 17-4 jaoks

Silmapaistvad mehaanilised omadused tagavad 17-4 PH roostevaba teras temperatuuridel kuni 350 °C. Lisaks on see piisavalt vastupidav nii vaasi metallile kui ka keevisõmblustele ning väändumist ja katlakivi saab vähendada, kui kuumutada lühikest aega madalal temperatuuril.

Tänu oma suurepärasele korrosiooni- ja kuumakindlusele on aerospace 17-4 roostevaba teras suurepärane valik kosmosetööstuste jaoks. Kõrge pulbri puhtus ja tihedus võib tagada MIM 17-4 toodete eluea ja minimeerida vigade muutumist.

Sõidukid
Autode tootmisel kõige laialdasemalt kasutatav materjal on roostevaba teras 17-4, kuna seda on lihtne töödelda mitmesugusteks kujunditeks. Märkimisväärse vastupidavusega suurendab metalli survevalutehnoloogia ka selle suutlikkust keeruka geomeetria jaoks.

Kliendid
Oma erakordse korrosioonikindluse tõttu kasutatakse 17-4 laialdaselt MIM-tehnoloogiat kasutavates tarbijarakendustes. Lisaks tagab selle materjali erakordne tugevus ja kõvadus vigadeta funktsionaalsuse.

Kokkuvõtteks

MIM 17-4 PH teeb hämmastavaid edusamme struktuuriomaduste optimeerimisel. Paljude sobivate rakenduste jaoks pakub see mitmesuguseid paagutatud omaduste ahvatlevaid kombinatsioone. Paagutamistemperatuur on lõplike atribuutide peamine määraja, võrreldes pulbri tüübi, osakeste suuruse, rohelise tiheduse, säilivusaja ja muude parameetritega. Lisaks mõjutab paagutatud materjalides esinev faas paagutatud omadusi.

Vahepeal mõjutavad omadusi paagutamisjärgne kuumtöötlus, paagutatud tihedus ja faasimorfoloogia. Kui paagutatud tihedus määrab omadused, siis kuumisostaatpressimine (HIP) täiustab neid.

Metalli survevalu (MIM) muutub üha arenenumaks roostevabast terasest 17–4 PH. Paagutatud 17–4 PH täiendavate rakenduste pakkumiseks sõltub JHMIM MIM-tehnoloogia baasist.