mim anyag rozsdamentes acél 17-4

MIM 17-4 PH Áttekintés

Az AISI 17-4 PH szabványon alapuló MIM 17-4 PH martenzites csapadékkeményedéses rozsdamentes acél. A korrózióállóság és a mechanikai tulajdonságok keveréke jellemzi.

A fém fröccsöntési szektorban az egyik legszélesebb körben használt MIM anyag a 17-4 PH rozsdamentes acél. Ez a fém a korrózióállóság, a keménység és a szilárdság nagyszerű keverékével rendelkezik. A jó szilárdságú, összetett darabokat a 17-4 kivételes tulajdonságai teszik lehetővé. Ezenkívül a szinterezési folyamat során bizonyos paraméterek módosításával másodlagos keményítést hajtanak végre.

Mivel a 17-4 PH a 304L-hez hasonlóan ellenáll a korróziónak, ezért gyakran használják mechanikai tulajdonságokat igénylő alkalmazásokban.

Ezenkívül a MIM-17-4 PH-t az UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 és a 17-4 PH rozsdamentes acél azonosítja.

 

Vegyi anyagok összetétele

A Stainless Steel 17-4 kémiai összetétele az alábbiakban található, elemekkel és azok megfelelő tömegszázalékaival:

• Vas (Fe):Egyenleg (fennmaradó rész)
• Nikkel (Ni):3,00-5,00%
• Szilícium (Si):1,00%
• Szén (C):0,07%
• Króm (Cr):15,50-17,50%
• Nióbium (Nb):0,15-0,45%
• Mangán (Mn):1,00%
• Réz (Cu):3,00-5,00%
• Kén (S):0,03%

Az összetétel biztosítja az anyag szilárdságát, korrózióállóságát és egyéb, különféle ipari alkalmazásokhoz alkalmas tulajdonságait.

A MIM 17-4 PH rozsdamentes acél mechanikai tulajdonságai jellemzően 10-25%-kal rosszabbak, mint a megmunkált 17-4 PH. Az elsődleges okok a következők:

A szinterezési hibák közé tartoznak a megmaradt szénszennyeződések, a visszatartott pórusok és a szemcsék.
Elemek párolgás okozta vesztesége: Cr, Cu és Ni.
Szennyeződések: O, C és N.

Lassuló szinterezéssel a felületközpontú köbös ausztenit fázist szén és nitrogén komponensek stabilizálják. Másrészt a testközpontú köbös delta-ferrit felgyorsítja a szinterezés ütemét. A 17-4PH rozsdamentes acél kiválási reakciókon megy keresztül, amelyek nagy keménységet és szilárdságot eredményeznek, míg a maradék delta-ferrit csökkenti a szilárdságot. Ezenkívül a martenzit a szinterezés utáni hűtési fázisban fordul elő.

A MIM termékek kulcsfontosságú összetevője az oxigén. Az oxidokkal bevont rozsdamentes acélporok kezdeti felülete nagy, az oxigén mennyisége a porgyártási módszertől függően változik. A MIM 17-4 PH alkatrészek magas oxigénszintje rossz korrózióállósághoz és gyengébb mechanikai jellemzőkhöz vezet, mivel ezek az oxidok megvonják a króm korróziógátló képességét.

 

A tipikus tulajdonságok

A bonyolult, nagy teljesítményű rozsdamentes acél alkatrészek létrehozásának kifinomult technikája a MIM. A csúcshőmérséklet, a fűtési sebesség, a környezet, a tartási idő és a porszemcseméret egyaránt befolyásolja a 17-4 PH rozsdamentes acél szintereződését. Számos tényező befolyásolja a 17-4 PH ötvözet összetételét, ami viszont befolyásolja a mikroszerkezeti fázisokat, a szinterezési viselkedést és a végső jellemzőket. A technológiai atmoszférából származó nitrogén, a porból vagy atmoszférából származó oxigén és a porból vagy kötőanyagból származó szén az elsődleges komponensek.

 

Az erő, a keménység és a korrózióállóság ideális egyensúlya miatt a 17-4 PH népszerű választás. Az elektronika, a fogászat, az orvostudomány és a repülőgépipar területén található termékek a hőkezelés után vonzónak találják a minőségi keveréket. az összetételtől függően változik, a Fe, Ni, Cu és Cr változásaival. A szolidusz hőmérséklete 1405 °C, a likvidusé pedig körülbelül 1440 °C. A mechanikai tulajdonságok érzékenyek a hőkezelésre; A törési nyúlás 8-14%, a folyáshatár 760-1240 MPa, a szakítószilárdság 1000-1340 MPa, a keménység pedig eléri a 43 HRC-t.

 

A szilárdság, a keménység és a korrózióállóság kivételes kombinációja a 17-4 PH rozsdamentes acélt preferált választássá teszi a fém fröccsöntő iparban. A leggyakrabban csapadékkal edzett martenzites rozsdamentes acél 17-4 PH.

• Nagy erő
• Rendkívül kemény
• Kiváló korrózióállóság
• Szívósság törésekhez
• hőkezelés és hegesztés jellemzői

 

A Binder és Debinding hatásai

A 17-4 PH rozsdamentes acél fröccsöntéséhez sok kötőanyag-rendszert használnak; a legnépszerűbbek a 60% töltőanyag, 30% gerinc és 10% felületaktív anyag.

Mivel a megmaradt kötőanyag-összetevők megváltoztatják a végső oxigén- vagy szénszintet, a kötés eltávolítása hatással van a végső jellemzőkre. A depolimerizáció vagy az oldószeres extrakció a kötés eltávolításának kezdeti lépése; például a paraffinviasz heptánban, a polietilénglikol pedig forró vízben oldódik. Ezenkívül füstölgő salétromsavat használnak a katalitikus kötés eltávolítására a polioximetilén eltávolítására. A kötőanyag eltávolításának legjobb módja a leválasztás második szakaszában, ha 600-1000 °C-on tartjuk hidrogénes környezetben. Ezt a fázist néha szinterezés kezdő szakaszának is nevezik.

 

Szinterezési paraméter hatása

A 17-4 PH rozsdamentes acél szinterezése során számos változó kölcsönhatásba lép, hogy meghatározza a végső sűrűséget, fázist, mikroszerkezetet és jellemzőket. A statisztikai elemzés négy elsődleges összetevője a hőkezelés, a szinterezési atmoszféra, a kezdeti oxigénkoncentráció és a részecskeméret.

A szinterezési hőmérséklet befolyásolja leginkább a szinterezés sűrűségét.

 

A részecskék mérete

A felületi diffúzió az a folyamat, amelynek során a szinterezés során létrejön az első részecskekötés; egy kisebb, nagyobb felületű részecske erősíti a kezdeti kötést. A kötőanyag pirolízise után a gerinc polimer részecskék adhézióját felületi diffúziós kötés váltja fel. A szemcsehatár diffúzióhoz nyaknövekedés szükséges, mivel a fémrészecskék közötti szinterező kötés fokozódik, hogy szemcsehatárokat hozzon létre a részecskék között. A szemcsehatár kialakulásakor a szemcseméret nagy szerepet játszik a szinterezésben, amikor a zsugorodás megindul, és ez fordítottan hat a szinterezés sebességére. A kezdeti részecskeméret hatása azonban ellensúlyozható magasabb csúcshőmérsékletekkel vagy hosszabb tartási időkkel.

 

A légkör

A rozsdamentes acél esetében a standard szinterezési környezeti lehetőségek közé tartozik a vákuum, a hidrogén, a nitrogén, a hidrogén-nitrogén és az argon-hidrogén.


A 17-4 PH rozsdamentes acél két legnépszerűbb szinterelési atmoszférája a hidrogén és a vákuum. Szen hozzáadásakor észrevehetően csökken az oxidtartalom. Mind a szilícium, mind a króm képes megkötni az oxigént grafit szén hozzáadása nélkül. Az oxidredukció akkor következik be, amikor a hőmérséklet magas és a hidrogénszint magas; alacsony harmatpont garantálja ezt a folyamatot. A szinterezés után fellépő hideg felületi oxidáció szilíciumból, vasból és krómból álló passzív bevonatot hoz létre, amely ellenáll a korróziónak.

Erős ausztenit stabilizátorként a nitrogén hatással van a martenzit fejlődésére és a rozsdamentes acél végső tulajdonságaira. Lehűléskor az ausztenitben oldódó nitrogén Cr2N formájában válik ki. Ez a csapadék kimeríti a szemcsehatár területén a krómot, ami gyors helyi korróziót okoz. Ennek eredményeként meg kell akadályoznunk a nitrogén bejutását a szinterelő atmoszférába, és az alkatrészeket percenként 200 °C-os tempóval 900 °C alá kell hűteni. 17-4 PH rozsdamentes acélban a króm-nitrid képződésének megakadályozására.

A grafit vákuumkemencékben alacsony parciális szén-monoxidot is termel, ezért a grafit vákuumkemencék sikeresek a vákuumszinterezésben. 1300 °C-on és alacsony, 0,001-es CO parciális nyomáson képes a króm-oxidot krómmá alakítani.

 

 

Hőmérséklet és fűtési sebesség

A tipikus szinterezési ciklusok közé tartoznak a szennyeződések eltávolítása és a kötőanyag kiégési folyamatai, amelyek különböző hőmérsékleteken történő melegítéssel és tartással járnak. A szennyeződések csökkentésére az ideális hőmérséklet közel 1000°C, míg a végső polimer eltávolításhoz közel 600°C.

A 17-4PH rozsdamentes acél a dilatometriás vizsgálat során szinterezési zsugorodáson megy keresztül körülbelül 1250 °C-os csúcssebességgel, míg a teljes sűrűség (98%) esetén 1300 °C-os csúcshőmérsékletre van szükség. A réz és a króm azonban ezeken a magas hőmérsékleteken elpárolog, ami a hőkezelés és a korrózióállóság elvesztését okozhatja.

 

Ezenkívül a delta-ferrit szintézisét a magasabb hőmérséklet segíti; gyorsabb diffúzióval ez a fázis segíti a végső tömörödést. Fehér delta-ferrit telepek és körkörös oxidpórusok sötét területei láthatók a MIM 17-4PH következő mikroszerkezeti grafikonján szinterezés közben.

Az 1260 SS17-4 MIM mikroszerkezete

 

A szén szabályozása

A szinterezési folyamat során a szén egy másik ausztenit stabilizátor. Nagyobb szilárdság és keménység érhető el alacsony visszatartott széntartalommal 17-4, 0,1 tömegszázalék alatt. A 17-4 PH rozsdamentes acél fázisait, tömörödését és mechanikai jellemzőit egyaránt befolyásolja a széntartalom változása.

 

A MIM-eljárás porlasztott por, kötőanyag-maradványok, lekötési ciklus, szinterezési környezet, kiindulási oxigén és szinterezési csúcshőmérséklet néhány olyan változó, amely befolyásolja a szénszintet. A szinterezés során a végső széntartalom elsődleges meghatározója a kezdeti oxigénszint. Például 1343 °C-on 17-4 gázporral porlasztott por hidrogénes szinterezése során 0,03% szén veszít. Ezenkívül, különösen alacsonyabb szinterezési hőmérsékleten, a kötőanyag-maradványok szénszennyezést is okozhatnak.

Hidrogénes és vákuumszinterezésnél a 17-4 rozsdamentes acél szakítószilárdságát a visszatartott szén mennyisége befolyásolja. Akár a H900-as vagy H1100-as hőkezelésben, akár a standard szinterezésben 1300-1360°C-on. A következő képen látható, hogy a szakítószilárdság hogyan csökken észrevehetően a széntartalom növekedésével.

 

Idő fenntartása

Szinterezésnél a legmagasabb hőmérsékleten való tartási idő 60 és 120 perc közé esik. a szinterezett sűrűség függvényében a hőmérséklet és az idő függvényében. Ahogy a hőmérséklet 1240°C-ról 1360°C-ra emelkedik, a sűrűsége 96,3%-ról 98,3%-ra emelkedik. A szinterelő tömörítések 60 perces tartás után érik el a teljes sűrűséget (98%). Ebben a fázisban a porozitás megszűnik, és a pórussemmisülés sebessége csökken. Az elsődleges okok a szemcsehatárok elvesztése és a porozitás kifáradása.

 

A MIM 17-4 előnyei

Magas korrózióállóság
Hőkezelés okozta öregedési keményedés
Ipari szilárdság és tartósság
Kiváló hőállóság
Ideális a MIM bonyolult geometriájához

 

Mechanikai jellemzők

Ami a szerkezeti eszközöket illeti, MIM 17-4 PH-t használnak. Kedvenc összehasonlítható jellemzői a szilárdság, a keménység és a nyúlás. Ezenkívül a kifáradás, a folyáshatár és a törési szilárdság olyan problémák, amelyeket számos feldolgozási változó befolyásol.

Az alábbi kép a 17-4 PH átlagos paramétereit foglalja össze több MIM projekt statisztikai elemzése alapján. A szinterezési paraméterek a tulajdonságok változásának körülbelül 60%-áért felelősek.

 

A MIM ipari szabvány szerint a 17-4 PH rozsdamentes acél minimális szakítószilárdsága 790 MPa, keménysége szinterezés után 27 HRC, hőkezelés után pedig 1070 MPa és 33 HRC keménységű. 4%-os nyúlás mindkettőnél. A 17-4PH rozsdamentes acél szakítószilárdsága 1350°C-os szinterezés és H900 hőkezelés után gázporlasztott por esetén 1280 MPa, vízzel porlasztott por esetén 1136 MPa. Megjegyzendő, hogy a gázporral porlasztott por hőkezelt 1485 MPa szakítószilárdságot tud elérni 9%-os nyúlással.

 

Korrózióval szembeni ellenállás

Négy típusú szinterezett rozsdamentes acélt (304, 316, 430 és 17-4) vetnek alá szabványos korróziós vizsgálatnak különféle helyzetekben. Az eredmények azt mutatják, hogy a 17-4 a legkevésbé ellenálló ezeknek a feltételeknek. Továbbá, mivel a szinterezett alkatrészek pórusai a koncentrált polarizáció révén helyi korróziót okoznak, a kovácsolt anyag jobban ellenáll a korróziónak, mint a szinterezett anyag. A hidrogénes szinterezés és a gázporlasztott por két népszerű technika a korrózióállóság javítására, mivel a maradék oxigén hátránya.

A korrózióállóság a biokompatibilitással is összefügg. A titán- és kobaltötvözetekkel összehasonlítva a 17-4 PH rozsdamentes acél jó citotoxicitású, de nincs versenyképes általános biokompatibilitása.

 

PH Application Market for MIM 17-4

A kiemelkedő mechanikai tulajdonságokat a 17-4 PH rozsdamentes acél biztosítja akár 350°C hőmérsékleten is. Ráadásul kellően tartós mind a vázafémekhez, mind a hegesztésekhez, és a vetemedés és a lerakódás csökkenthető rövid ideig tartó alacsony hőmérsékleten történő hevítéssel.

Kiváló korrózió- és hőállósága miatt az űrrepülőgép 17-4 rozsdamentes acél kiváló választás a repülőgép-ipari alkalmazásokhoz. A nagy portisztaság és tömörítés biztosítja a MIM 17-4 termékek élettartamát, és minimalizálja a hibaváltozást.

Járművek
Az autógyártásban a legszélesebb körben használt anyag a 17-4 rozsdamentes acél, mivel egyszerűen sokféle formára feldolgozható. Jelentős tartósságával a fém fröccsöntési technológia növeli az összetett geometria kapacitását is.

Ügyfelek
Kivételes korrózióállósága miatt a 17-4 széles körben használatos a MIM technológiát alkalmazó fogyasztói alkalmazásokban. Ezenkívül ennek az anyagnak a kivételes szilárdsága és keménysége garantálja a hibamentes működést.

Befejezésül

A MIM 17-4 PH elképesztő lépéseket tesz a szerkezeti tulajdonságok optimalizálása terén. Számos megfelelő alkalmazáshoz a szinterezett tulajdonságok számos vonzó kombinációját kínálja. A szinterezési hőmérséklet a végső tulajdonságok elsődleges meghatározója, ha összehasonlítjuk a por típusával, a részecskemérettel, a zöld sűrűséggel, a tartási időtartammal és más paraméterekkel. Ezenkívül a szinterezett anyagokban jelenlévő fázis befolyásolja a szinterezett tulajdonságokat.

Eközben a szinterezés utáni hőkezelés, a szinterezési sűrűség és a fázismorfológia mind befolyásolják a jellemzőket. Míg a szinterezett sűrűség határozza meg a jellemzőket, a forró izosztatikus préselés (HIP) javítja azokat.

A fém fröccsöntés (MIM) egyre fejlettebb a 17-4 PH rozsdamentes acél segítségével. A szinterezett 17-4 PH további alkalmazásokhoz a JHMIM a MIM technológia alapjától függ.