mim materiaali ruostumaton teräs 17-4

MIM 17-4 PH Yleiskatsaus

AISI 17-4 PH -standardiin perustuva MIM 17-4 PH on martensiittista saostuskarkaisua ruostumatonta terästä. Se erottuu korroosionkestävyyden ja mekaanisten ominaisuuksien yhdistelmästä.

Yksi yleisimmin käytetyistä MIM-materiaaleista metallien ruiskuvalusektorilla on 17-4 PH ruostumaton teräs. Tässä metallissa on loistava sekoitus korroosionkestävyyttä, kovuutta ja lujuutta. Hyvän lujuuden omaavat monimutkaiset kappaleet ovat mahdollisia 17-4:n poikkeuksellisten ominaisuuksien ansiosta. Lisäksi toissijainen karkaisu suoritetaan sintrausprosessin aikana muuttamalla tiettyjä parametreja.

Koska 17-4 PH kestää korroosiota samalla tavalla kuin 304L, sitä käytetään usein sovelluksissa, jotka vaativat mekaanisia ominaisuuksia.

Lisäksi MIM-17-4 PH tunnistaa UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 ja ruostumaton teräs 17-4 PH.

 

Kemikaalien koostumus

Stainless Steel 17-4:n kemiallinen koostumus on lueteltu alla elementteineen ja niiden painoprosentteineen:

• Rauta (Fe):Saldo (jäljellä oleva osa)
• Nikkeli (Ni):3,00-5,00 %
• Pii (Si):1,00 %
• Hiili (C):0,07 %
• Kromi (Cr):15,50-17,50 %
• Niobium (Nb):0,15-0,45 %
• Mangaani (Mn):1,00 %
• Kupari (Cu):3,00-5,00 %
• Rikki (S):0,03 %

Koostumus varmistaa materiaalin lujuuden, korroosionkestävyyden ja muut ominaisuudet, jotka sopivat erilaisiin teollisiin sovelluksiin.

MIM 17-4 PH ruostumattoman teräksen mekaaniset ominaisuudet ovat tyypillisesti 10-25 % huonommat kuin muokatun 17-4 PH. Ensisijaisia ​​syitä ovat:

Sintrausvirheitä ovat viipyvät hiiliepäpuhtaudet, jääneet huokoset ja rakeet.
Haihtumisen aiheuttama alkuaineiden menetys: Cr, Cu ja Ni.
Epäpuhtaudet: O, C ja N.

Hidastuvan sintrauksen myötä pintakeskeinen kuutiomainen austeniittifaasi stabiloituu hiili- ja typpikomponenteilla. Toisaalta runkokeskeinen kuutiomainen deltaferriitti nopeuttaa sintraamista. Ruostumaton teräs 17-4PH käy läpi saostumisreaktioita, jotka johtavat korkeaan kovuuteen ja lujuuteen, kun taas delta-ferriittijäännös heikentää lujuutta. Lisäksi martensiittia esiintyy jäähdytysvaiheessa sintrauksen jälkeen.

MIM-tuotteiden keskeinen komponentti on happi. Oksideilla pinnoitettujen ruostumattomien teräsjauheiden alkupinta-ala on suuri ja hapen määrä vaihtelee jauheen valmistusmenetelmän mukaan. Korkeat happipitoisuudet MIM 17-4 PH -osissa johtavat huonoon korroosionkestävyyteen ja huonoihin mekaanisiin ominaisuuksiin, koska nämä oksidit poistavat kromin kyvyn estää korroosiota.

 

Tyypilliset ominaisuudet

MIM on hienostunut tekniikka monimutkaisten, suorituskykyisten ruostumattomasta teräksestä valmistettujen osien luomiseen. Huippulämpötila, kuumennusnopeus, ympäristö, pitoaika ja jauheen hiukkaskoko vaikuttavat kaikki siihen, miten ruostumaton teräs 17-4 PH sintrautuu. Lukuisat tekijät vaikuttavat 17-4 PH-seoksen koostumukseen, mikä puolestaan ​​vaikuttaa mikrorakenteen vaiheisiin, sintrauskäyttäytymiseen ja lopullisiin ominaisuuksiin. Prosessiilmakehän typpi, jauheesta tai ilmakehästä peräisin oleva happi ja jauheesta tai sideaineesta peräisin oleva hiili ovat pääkomponentteja.

 

Ihanteellinen lujuuden, kovuuden ja korroosionkestävyyden tasapaino tekee 17-4 PH suositun valinnan. Elektroniikan, hammaslääketieteen, lääketieteen ja ilmailualan tuotteet pitävät yhdistelmän ominaisuuksia houkuttelevina lämpökäsittelyn jälkeen. vaihtelevat koostumuksen mukaan Fe, Ni, Cu ja Cr muutosten kanssa. Soliduksen lämpötila on noin 1405°C ja likviduksen noin 1440°C. Mekaaniset ominaisuudet reagoivat lämpökäsittelyyn; murtumavenymä vaihtelee välillä 8-14 %, myötöraja on 760-1240 MPa, vetolujuus 1000-1340 MPa ja kovuus 43 HRC.

 

Poikkeuksellinen lujuuden, kovuuden ja korroosionkestävyyden yhdistelmä tekee 17-4 PH ruostumattomasta teräksestä ensisijaisen valinnan metalliruiskuvaluteollisuudessa. Martensiittisen ruostumattoman teräksen, joka on yleisimmin sadekarkaistu, on 17-4 PH.

• Suuri voima
• Erittäin kovaa
• Erinomainen korroosionkestävyys
• Sitkeys murtumiin
• lämpökäsittelyn ja hitsauksen ominaisuudet

 

Binderin ja Debindingin vaikutukset

Ruostumattoman teräksen 17-4 PH ruiskuvalussa käytetään monia sideainejärjestelmiä; suosituimmat ovat 60 % täyteainetta, 30 % runkoa ja 10 % pinta-aktiivista ainetta.

Koska jäljelle jääneet sideaineaineosat muuttavat lopullisia happi- tai hiilipitoisuuksia, sidosten poistamisella on vaikutusta lopullisiin ominaisuuksiin. Depolymerointi tai liuotinuutto on ensimmäinen vaihe sidosten poistamisessa; esimerkiksi parafiinivaha liukenee heptaaniin ja polytyleeniglykoli kuumaan veteen. Lisäksi savuavaa typpihappoa käytetään katalyyttisessä desidoinnissa polyoksimetyleenin poistamiseksi. Paras tapa poistaa sideaine sidostenpoiston toisessa vaiheessa on pitää sitä 600-1000°C:ssa vetyympäristössä. Tätä vaihetta kutsutaan joskus sintrauksen aloitusvaiheeksi.

 

Sintrausparametrin vaikutus

Useat muuttujat vaikuttavat vuorovaikutuksessa ruostumattoman teräksen 17-4 PH sintrauksen aikana lopullisen tiheyden, faasin, mikrorakenteen ja ominaisuuksien määrittämiseksi. Tilastollisen analyysin neljä pääkomponenttia ovat lämpökäsittely, sintrausilmakehä, alkuperäinen happipitoisuus ja hiukkaskoko.

Sintrauslämpötilalla on eniten vaikutusta sintraustiheyteen.

 

Hiukkasten koko

Pintadiffuusio on prosessi, jolla ensimmäinen hiukkassidos sintrauksen aikana tapahtuu; pienempi hiukkanen, jolla on suurempi pinta-ala, vahvistaa alkuperäistä sidosta. Runkopolymeerin hiukkasten tarttuminen korvataan pintadiffuusiosidoksella, kun sideaineen pyrolyysi tapahtuu. Raerajojen diffuusio tarvitsee kaulan kasvua, koska metallihiukkasten välinen sintraussidos lisääntyy, jotta hiukkasten välille muodostuisi raerajoja. Kun raeraja muodostuu, raekoolla on suuri merkitys sintrautumisen alkaessa kutistumisen alkaessa, ja sillä on käänteinen vaikutus sintrausnopeuteen. Alkuperäisen hiukkaskoon vaikutusta voidaan kuitenkin torjua korkeammilla huippulämpötiloilla tai pidemmällä pitoajalla.

 

Tunnelma

Ruostumattomassa teräksessä vakiosintrausympäristövaihtoehtoja ovat tyhjiö, vety, typpi, vety-typpi ja argon-vety.


Kaksi suosituinta ruostumattoman teräksen 17-4 PH sintrausilmakehää ovat vety ja tyhjiö. Oksidin määrä laskee huomattavasti, kun hiiltä lisätään. Sekä pii että kromi voivat pitää hapen ilman grafiittihiilen lisäystä. Oksidin pelkistäminen tapahtuu, kun lämpötila on korkea ja vetytaso on korkea; alhainen kastepiste takaa tämän prosessin. Sintrauksen jälkeen tapahtuva kylmän pinnan hapettuminen muodostaa passiivisen piin, raudan ja kromin pinnoitteen, joka kestää korroosiota.

Vahvana austeniittistabilisaattorina typpi vaikuttaa martensiitin kehittymiseen ja ruostumattoman teräksen lopullisiin ominaisuuksiin. Austeniittiin liukeneva typpi saostuu jäähtyessään Cr2N:nä. Tämä sakka kuluttaa raeraja-alueen kromia, mikä aiheuttaa paikallista korroosiota nopeasti. Tämän seurauksena meidän on estettävä typen pääsy sintrausilmakehään ja jäähdytettävä komponentit alle 900 °C:een nopeudella 200 °C minuutissa. ruostumattomassa teräksessä 17-4 PH krominitridin tuotannon estämiseksi.

Grafiitti tuottaa myös alhaisia ​​hiilimonoksidin osapaineita tyhjiöuuneissa, minkä vuoksi grafiittityhjiöuunit menestyvät tyhjiösintrauksessa. 1300 °C:ssa ja alhaisessa CO:n osapaineessa 0,001 se voi muuntaa kromioksidin kromiksi.

 

 

Lämpötila ja lämmitysnopeus

Tyypillisiä sintraussyklejä ovat epäpuhtauksien poistaminen ja sideaineen palamisprosessit, jotka edellyttävät kuumennusta ja pitoa eri lämpötiloissa. Epäpuhtauksien vähentämiseksi ihanteellinen lämpötila on lähellä 1000 °C, kun taas lopulliseen polymeerin poistoon se on lähellä 600 °C.

Ruostumaton teräs 17-4PH käy läpi sintrauskutistuman dilatometriatestauksessa huippunopeudella noin 1250 °C, kun taas täysitiheys (98 %) edellyttää 1300 °C:n huippulämpötilaa. Kupari ja kromi kuitenkin haihtuvat näissä korkeissa lämpötiloissa, mikä saattaa aiheuttaa lämpökäsittelyn ja korroosionkestävyyden menetystä.

 

Lisäksi korkeammat lämpötilat auttavat delta-ferriitin synteesiä; nopeamman diffuusion ansiosta tämä vaihe auttaa lopullista tiivistymistä. Valkoiset delta-ferriittipesäkkeet ja pyöreät oksidihuokosten tummat alueet ovat näkyvissä seuraavassa MIM 17-4PH:n mikrorakennekaaviossa sintrauksessa.

1260 SS17-4 MIM:n mikrorakenne

 

Hiilen hallinta

Sintrausprosessin aikana hiili on toinen austeniittistabilisaattori. Suurempi lujuus ja kovuus saavutetaan alhaisella hiilipitoisuuden tasoilla 17-4, alle 0,1 painoprosenttia. Hiilipitoisuuden muutos vaikuttaa ruostumattoman teräksen 17-4 PH:n vaiheisiin, tiivistymiseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin.

 

MIM-prosessin sumutettu jauhe, sideainejäämät, sidosten poistosykli, sintrausympäristö, lähtöhappi ja sintraushuippulämpötila ovat joitain muuttujia, jotka vaikuttavat hiilitasoon. Lopullisen hiilipitoisuuden päätekijä sintrauksen aikana on alkuperäinen happitaso. Esimerkiksi 0,03 % hiiltä menetetään 17-4 kaasusumutetun jauheen vetysintrauksen aikana 1343 °C:ssa. Lisäksi erityisesti alhaisemmissa sintrauslämpötiloissa sideainejäämät voivat myös aiheuttaa hiilikontaminaatiota.

Vety- ja tyhjiösintrauksessa ruostumattoman teräksen 17-4 vetolujuuteen vaikuttavat hiilen määrät, jotka jäävät. Joko H900- tai H1100-lämpökäsittelyssä tai tavallisessa sintrauksessa 1300-1360°C. Seuraava kuva havainnollistaa kuinka vetolujuus pienenee huomattavasti hiilipitoisuuden noustessa.

 

Ajan ylläpitäminen

Sintrauksessa pitoajat korkeimmassa lämpötilassa putoavat 60-120 minuuttiin. seuraavasta sintratun tiheyden ja lämpötilan ja ajan kaaviosta. Kun lämpötila nousee 1240 °C:sta 1360 °C:seen, sen tiheys on progressiivinen 96,3 %:sta 98,3 %:iin. Sintraustiivisteet saavuttavat täyden tiheyden (98 %) 60 minuutin pitoajan jälkeen. Huokoisuus poistetaan ja huokosten tuhoutumisnopeus pienenee tämän vaiheen aikana. Raerajojen menetys ja huokoisuuden väsyminen ovat ensisijaisia ​​syitä.

 

MIM 17-4:n edut

Korkea korroosionkestävyys
Lämpökäsittelyn aiheuttama ikääntymiskovettuminen
Teollinen lujuus ja kestävyys
Erinomainen lämmönkestävyys
Ihanteellinen MIM:n monimutkaiselle geometrialle

 

Mekaaniset ominaisuudet

Rakenteellisissa laitteissa käytetään MIM 17-4 PH. Suosittuja vertailukelpoisia ominaisuuksia ovat lujuus, kovuus ja venymä. Lisäksi väsymys, myötöraja ja murtolujuus ovat asioita, joihin useat käsittelymuuttujat vaikuttavat.

Seuraava kuva tiivistää 17-4 PH:n keskimääräiset parametrit useiden MIM-projektien tilastollisen analyysin perusteella. Sintrausparametrit aiheuttavat noin 60 % ominaisuuksien vaihtelusta.

 

MIM-teollisuusstandardin mukaan ruostumattoman teräksen 17-4 PH minimivetolujuuden tulee olla 790 MPa, kovuuden 27 HRC sintrauksen jälkeen ja kovuuden 1070 MPa ja 33 HRC lämpökäsittelyn jälkeen. 4 % venymä molemmille. Ruostumattoman teräksen 17-4PH vetolujuus 1350°C sintrauksen ja H900-lämpökäsittelyn jälkeen on 1280 MPa kaasusumutetulla jauheella ja 1136 MPa vesisumutetulla jauheella. On huomattava, että kaasusumutettu jauhe voi saavuttaa lämpökäsitellyn 1485 MPa:n vetolujuuden 9 % venymällä.

 

Korroosionkestävyys

Neljälle sintratulle ruostumattomalle terästyypille (304, 316, 430 ja 17-4) suoritetaan standardi korroosiotestaus useissa eri tilanteissa. Tulokset osoittavat, että 17-4 on vähiten vastustuskykyinen näille olosuhteille. Lisäksi koska sintrattujen komponenttien huokoset aiheuttavat paikallista korroosiota konsentraatiopolarisaatiolla, taottu materiaali kestää paremmin korroosiota kuin sintrattu materiaali. Vetysintraus ja kaasusumutettu jauhe ovat kaksi suosittua tekniikkaa korroosionkestävyyden parantamiseksi, koska jäännöshappi on haittapuoli.

Korroosionkestävyys liittyy myös bioyhteensopivuuteen. Verrattuna titaaniin ja kobolttiseoksiin, ruostumattomalla teräksellä 17-4 PH on hyvä sytotoksisuus, mutta siitä puuttuu kilpailukykyinen yleinen bioyhteensopivuus.

 

PH Application Market for MIM 17-4

Erinomaiset mekaaniset ominaisuudet tarjoavat 17-4 PH ruostumattoman teräksen jopa 350°C lämpötiloissa. Lisäksi se on riittävän kestävä sekä maljakkometallille että hitsauksille, ja vääntymistä ja hilseilyä voidaan vähentää kuumentamalla matalassa lämpötilassa lyhyen aikaa.

Ylivoimaisen korroosion- ja lämmönkestävyytensä ansiosta ruostumaton 17-4-ilmailuteräs on loistava valinta ilmailusovelluksiin. Korkea jauheen puhtaus ja tiivistys voivat varmistaa MIM 17-4 -tuotteiden käyttöiän ja minimoida virhemuutoksen.

Ajoneuvot
Autojen valmistuksessa yleisimmin käytetty materiaali on ruostumaton teräs 17-4, koska se on helppo työstää moniin muotoihin. Huomattavan kestävyyden ansiosta metalliruiskuvalutekniikka lisää myös sen kapasiteettia monimutkaisiin geometrioihin.

Asiakkaat
Poikkeuksellisen korroosionkestävyyden vuoksi 17-4:ää käytetään laajalti kuluttajasovelluksissa, joissa käytetään MIM-tekniikkaa. Lisäksi tämän materiaalin poikkeuksellinen lujuus ja kovuus takaavat virheettömän toimivuuden.

Lopuksi

MIM 17-4 PH tekee uskomattomia harppauksia rakenteellisten ominaisuuksien optimoinnissa. Se tarjoaa lukuisiin sopiviin sovelluksiin erilaisia ​​houkuttelevia sintrattujen ominaisuuksien yhdistelmiä. Sintrauslämpötila on lopullisten ominaisuuksien ensisijainen määräävä tekijä verrattuna jauheen tyyppiin, hiukkaskokoon, vihreän tiheyteen, säilytysaikaan ja muihin parametreihin. Lisäksi sintratuissa materiaaleissa oleva faasi vaikuttaa sintrattuihin ominaisuuksiin.

Sillä välin sintrauksen jälkeinen lämpökäsittely, sintraustiheys ja faasimorfologia vaikuttavat kaikki ominaisuuksiin. Sintrattu tiheys määrittää ominaisuudet, mutta kuumaisstaattinen puristus (HIP) parantaa niitä.

Metalliruiskuvalu (MIM) on yhä kehittyneempää ruostumattomalla teräksellä 17-4 PH. Tarjotakseen lisäsovelluksia sintratuille 17-4 PH:lle, JHMIM riippuu MIM-teknologiapohjasta.