bahan mim baja tahan karat 17-4

Ikhtisar MIM 17-4 PH

Berdasarkan standar AISI 17-4 PH, MIM 17-4 PH adalah baja tahan karat martensit yang mengalami pengerasan presipitasi. Baja ini dibedakan oleh perpaduan ketahanan korosi dan kualitas mekanisnya.

Salah satu bahan MIM yang paling banyak digunakan di injeksi logam Sektor pencetakan menggunakan baja tahan karat 17-4 PH. Logam ini memiliki kombinasi ketahanan korosi, kekerasan, dan kekuatan yang luar biasa. Kualitas luar biasa 17-4 memungkinkan terciptanya komponen kompleks dengan kekuatan yang baik. Selain itu, pengerasan sekunder dilakukan selama proses sintering dengan memodifikasi parameter tertentu.

Karena 17-4 PH memiliki ketahanan terhadap korosi yang sama dengan 304L, bahan ini sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan sifat mekanis.

Selain itu, MIM-17-4 PH diidentifikasi oleh UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643, dan baja tahan karat 17-4 PH.

 

Komposisi Bahan Kimia

Komposisi kimia dari Stainless Steel 17-4 tercantum di bawah ini, dengan unsur-unsur dan persentase beratnya masing-masing:

• Besi (Fe): Saldo (sisa porsi)
• Nikel (Ni): 3,00-5,00%
• Silikon (Si): 1,00%
• Karbon (C): 0,07%
• Kromium (Cr): 15,50-17,50%
• Niobium (Nb): 0,15-0,45%
• Mangan (Mn): 1,00%
• Tembaga (Cu): 3,00-5,00%
• Sulfur (S): 0,03%

Komposisi tersebut memastikan kekuatan material, ketahanan terhadap korosi, dan sifat-sifat lain yang sesuai untuk berbagai aplikasi industri.

Baja tahan karat MIM 17-4 PH umumnya memiliki kualitas mekanis yang 10–25% lebih buruk daripada baja tahan karat tempa 17-4 PH. Penyebab utamanya meliputi:

Cacat akibat sintering meliputi sisa-sisa kotoran karbon, pori-pori yang tertahan, dan butiran.
Hilangnya unsur-unsur akibat penguapan: Cr, Cu, dan Ni.
Inklusi pengotor: O, C, dan N.

Dengan sintering yang melambat, fase austenit kubik berpusat muka distabilkan oleh komponen karbon dan nitrogen. Di sisi lain, delta ferit kubik berpusat badan akan mempercepat laju sintering. Baja tahan karat 17-4PH mengalami reaksi presipitasi yang menghasilkan kekerasan dan kekuatan tinggi, sementara delta ferit residu menurunkan kekuatan. Selain itu, martensit terbentuk selama fase pendinginan setelah sintering.

Komponen kunci dari Produk Mims adalah oksigen. Luas permukaan awal serbuk baja tahan karat yang dilapisi oksida tinggi, dan jumlah oksigen bervariasi tergantung pada metode pembuatan serbuk. Kadar oksigen yang tinggi pada komponen MIM 17-4 PH menyebabkan ketahanan korosi yang buruk dan karakteristik mekanis yang lebih rendah karena oksida ini akan menghilangkan kemampuan kromium untuk menghambat korosi.

 

Properti Khas

MIM merupakan teknik canggih untuk menciptakan komponen baja tahan karat yang rumit dan berkinerja tinggi. Suhu puncak, laju pemanasan, lingkungan, durasi penahanan, dan ukuran partikel serbuk memengaruhi proses sinter baja tahan karat 17-4 PH. Berbagai faktor memengaruhi komposisi paduan 17-4 PH, yang selanjutnya memengaruhi fase mikrostruktur, perilaku sintering, dan karakteristik akhir. Nitrogen dari atmosfer proses, oksigen dari serbuk atau atmosfer, dan karbon dari serbuk atau binder merupakan komponen utama.

 

Keseimbangan ideal antara kekuatan, kekerasan, dan ketahanan korosi menjadikan 17-4 PH pilihan populer. Produk-produk di bidang elektronik, kedokteran gigi, kedokteran, dan kedirgantaraan mendapati perpaduan kualitas ini menarik setelah perlakuan panas. Kualitas ini bervariasi tergantung komposisi, dengan perubahan Fe, Ni, Cu, dan Cr. Suhu solidus sekitar 1405°C, dan liquidus sekitar 1440°C. Kualitas mekanisnya responsif terhadap perlakuan panas; perpanjangan patah berkisar antara 8 hingga 14%, kekuatan luluh berkisar antara 760 hingga 1240 MPa, kekuatan tarik berkisar antara 1000 hingga 1340 MPa, dan kekerasan mencapai 43 HRC.

 

Kombinasi luar biasa antara kekuatan, kekerasan, dan ketahanan korosi menjadikan baja tahan karat 17-4 PH pilihan utama dalam industri cetak injeksi logam. Baja tahan karat martensit yang paling umum dikeraskan dengan presipitasi adalah 17-4 PH.

• Kekuatan besar
• Sangat sulit
• Ketahanan yang luar biasa terhadap korosi
• Ketahanan terhadap patah tulang
• karakteristik perlakuan panas dan pengelasan

 

Efek Pengikat dan Pelepasan Ikatan

Untuk pencetakan injeksi baja tahan karat 17-4 PH, banyak sistem pengikat digunakan; yang paling populer adalah 60% pengisi, 30% tulang punggung, dan 10% surfaktan.

Karena sisa bahan pengikat akan mengubah kadar oksigen atau karbon akhir, proses debinding berdampak pada karakteristik akhir. Depolimerisasi atau ekstraksi pelarut merupakan langkah awal dalam debinding; misalnya, lilin parafin larut dalam heptana, dan polietilen glikol larut dalam air panas. Selain itu, asam nitrat berasap digunakan dalam debinding katalitik untuk menghilangkan polioksimetilena. Cara terbaik untuk menghilangkan bahan pengikat pada tahap kedua debinding adalah dengan menahannya pada suhu 600 hingga 1000°C dalam lingkungan hidrogen. Fase ini terkadang disebut sebagai tahap awal sintering.

 

Dampak Parameter Sintering

Sejumlah variabel berinteraksi selama sintering baja tahan karat 17-4 PH untuk menentukan densitas akhir, fase, struktur mikro, dan karakteristiknya. Empat komponen utama analisis statistik adalah perlakuan panas, atmosfer sintering, konsentrasi oksigen awal, dan ukuran partikel.

Suhu sintering mempunyai pengaruh paling besar terhadap densitas sintering.

 

Ukuran partikel

Difusi permukaan adalah proses terjadinya ikatan partikel pertama selama sintering; partikel yang lebih kecil dengan luas permukaan yang lebih besar akan memperkuat ikatan awal. Adhesi partikel polimer tulang punggung akan digantikan oleh ikatan difusi permukaan setelah pirolisis pengikat terjadi. Difusi batas butir membutuhkan pertumbuhan leher seiring meningkatnya ikatan sintering antar partikel logam untuk menciptakan batas butir antar partikel. Ketika batas butir terbentuk, ukuran butir memainkan peran utama dalam sintering ketika penyusutan dimulai, dan hal ini memiliki efek terbalik pada laju sintering. Namun, dampak ukuran partikel awal dapat diimbangi dengan suhu puncak yang lebih tinggi atau waktu penahanan yang lebih lama.

 

Suasana

Pada baja tahan karat, pilihan lingkungan sintering standar meliputi vakum, hidrogen, nitrogen, hidrogen-nitrogen, dan argon-hidrogen.


Dua atmosfer sintering yang paling populer untuk baja tahan karat 17-4 PH adalah hidrogen dan vakum. Terdapat penurunan oksida yang signifikan ketika karbon ditambahkan. Baik silikon maupun kromium dapat mengikat oksigen tanpa penambahan karbon dari grafit. Reduksi oksida terjadi ketika suhu tinggi dan kadar hidrogen tinggi; titik embun yang rendah akan menjamin proses ini. Oksidasi permukaan dingin yang terjadi setelah sintering akan menciptakan lapisan pasif silikon, besi, dan kromium yang tahan korosi.

Sebagai penstabil austenit yang kuat, nitrogen berpengaruh terhadap perkembangan martensit dan karakteristik akhir baja tahan karat. Saat mendingin, nitrogen, yang larut dalam austenit, mengendap sebagai Cr2N. Kromium di area batas butir akan terdeplesi oleh endapan ini, yang akan menyebabkan korosi lokal terjadi dengan cepat. Oleh karena itu, kita harus mencegah nitrogen memasuki atmosfer sintering dan mendinginkan komponen di bawah 900°C dengan kecepatan 200°C per menit pada baja tahan karat 17-4 PH untuk mencegah pembentukan kromium nitrida.

Grafit juga menghasilkan tekanan parsial karbon monoksida yang rendah dalam tungku vakum, sehingga tungku vakum grafit berhasil dalam sintering vakum. Pada suhu 1300°C dan tekanan parsial CO2 rendah sebesar 0,001, grafit dapat mengubah kromium oksida menjadi kromium.

 

 

Suhu dan Laju Pemanasan

Siklus sintering yang umum mencakup proses eliminasi pengotor dan pembakaran binder, yang memerlukan pemanasan dan penahanan pada berbagai suhu. Untuk reduksi pengotor, suhu ideal mendekati 1000°C, sedangkan untuk penghilangan polimer akhir, suhunya mendekati 600°C.

Baja tahan karat 17-4PH mengalami penyusutan sintering dalam pengujian dilatometri pada laju puncak sekitar 1250°C, sedangkan baja dengan densitas penuh (98%) memerlukan suhu puncak 1300°C. Namun, tembaga dan kromium akan menguap pada suhu tinggi ini, yang mungkin menyebabkan hilangnya ketahanan terhadap perlakuan panas dan korosi.

 

Selain itu, sintesis delta-ferit dibantu oleh suhu yang lebih tinggi; dengan difusi yang lebih cepat, fase ini akan membantu pemadatan akhir. Koloni delta-ferit berwarna putih dan area gelap pori oksida melingkar terlihat pada grafik struktur mikro MIM 17-4PH berikut setelah sintering.

Mikrostruktur 1260 SS17-4 MIM

 

Pengendalian Karbon

Selama proses sintering, karbon berperan sebagai penstabil austenit lainnya. Kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi akan tercapai dengan kadar karbon tertahan yang rendah pada baja tahan karat 17-4, di bawah 0,1 persen berat. Perubahan kadar karbon pada baja tahan karat 17-4 PH akan memengaruhi fase, densifikasi, dan karakteristik mekanisnya.

 

Serbuk atomisasi, residu pengikat, siklus debinding, lingkungan sintering, oksigen awal, dan suhu sintering puncak pada proses MIM merupakan beberapa variabel yang memengaruhi kadar karbon. Penentu utama kadar karbon akhir selama sintering adalah kadar oksigen awal. Misalnya, 0,03% karbon hilang selama sintering hidrogen serbuk atomisasi gas 17-4 pada suhu 1343°C. Lebih lanjut, terutama pada suhu sintering yang lebih rendah, residu pengikat juga dapat menyebabkan kontaminasi karbon.

Dalam sintering hidrogen dan vakum, kekuatan tarik baja tahan karat 17-4 dipengaruhi oleh jumlah karbon yang tertahan. Baik dalam perlakuan panas H900 maupun H1100, maupun dalam sintering standar pada suhu 1300 hingga 1360°C. Gambar berikut mengilustrasikan bagaimana kekuatan tarik menurun secara signifikan seiring dengan peningkatan kandungan karbon.

 

Menjaga Waktu

Dalam sintering, waktu penahanan pada suhu tertinggi berkisar antara 60 dan 120 menit. Grafik densitas sinter terhadap suhu dan waktu berikut menunjukkan peningkatan densitas dari 96,3% menjadi 98,3% seiring kenaikan suhu dari 1240°C ke 1360°C. Padatan hasil sintering mencapai densitas penuh (98%) setelah 60 menit penahanan. Porositas dihilangkan dan laju penghancuran pori menurun selama fase ini. Hilangnya batas butir dan kelelahan porositas merupakan penyebab utama.

 

Manfaat MIM 17-4

Ketahanan tinggi terhadap korosi
Pengerasan usia akibat perlakuan panas
Kekuatan dan daya tahan industri
Ketahanan luar biasa terhadap panas
Ideal untuk geometri MIM yang rumit

 

Karakteristik Mekanik

Untuk perangkat struktural, MIM 17-4 PH digunakan. Karakteristik pembanding favorit adalah kekuatan, kekerasan, dan perpanjangan. Selain itu, kelelahan, kekuatan luluh, dan ketangguhan patah merupakan isu-isu yang dipengaruhi oleh beberapa variabel pemrosesan.

Gambar berikut merangkum parameter rata-rata 17-4 PH berdasarkan analisis statistik beberapa proyek MIM. Parameter sintering bertanggung jawab atas sekitar 60% variasi sifat.

 

Menurut standar industri MIM, baja tahan karat 17-4 PH harus memiliki kekuatan tarik minimum 790 MPa, kekerasan 27 HRC setelah sintering, dan kekerasan 1070 MPa dan 33 HRC setelah perlakuan panas. Perpanjangan 4% untuk keduanya. Kekuatan tarik baja tahan karat 17-4PH setelah sintering 1350°C dan perlakuan panas H900 adalah 1280 MPa untuk bubuk atomisasi gas dan 1136 MPa untuk bubuk atomisasi air. Perlu dicatat bahwa bubuk atomisasi gas dapat mencapai kekuatan tarik 1485 MPa setelah perlakuan panas dengan perpanjangan 9%.

 

Ketahanan terhadap Korosi

Empat jenis baja tahan karat sinter (304, 316, 430, dan 17-4) menjalani uji korosi standar dalam berbagai situasi. Hasilnya menunjukkan bahwa baja tahan karat 17-4 adalah yang paling tidak tahan terhadap kondisi ini. Lebih lanjut, karena pori-pori pada komponen sinter menyebabkan korosi lokal akibat polarisasi konsentrasi, material tempa lebih tahan terhadap korosi dibandingkan material sinter. Sintering hidrogen dan bubuk atomisasi gas merupakan dua teknik populer untuk meningkatkan ketahanan korosi karena oksigen residu merupakan kekurangannya.

Ketahanan korosi juga berkaitan dengan biokompatibilitas. Dibandingkan dengan paduan titanium dan kobalt, baja tahan karat 17-4 PH memiliki sitotoksisitas yang baik tetapi kurang kompetitif secara keseluruhan dalam hal biokompatibilitas.

 

Pasar Aplikasi PH untuk MIM 17-4

Baja tahan karat 17-4 PH memiliki kualitas mekanis yang luar biasa pada suhu hingga 350°C. Selain itu, baja ini cukup tahan lama untuk proses pengelasan maupun las vas, dan lengkungan serta kerak dapat dikurangi dengan pemanasan pada suhu rendah dalam waktu singkat.

Berkat ketahanan korosi dan panasnya yang unggul, baja tahan karat 17-4 untuk keperluan kedirgantaraan merupakan pilihan yang tepat untuk aplikasi kedirgantaraan. Kemurnian dan densifikasi bubuk yang tinggi dapat memastikan masa pakai produk MIM 17-4 dan meminimalkan kesalahan perubahan.

Kendaraan
Material yang paling banyak digunakan dalam produksi mobil adalah baja tahan karat 17-4 karena mudah diproses menjadi berbagai bentuk. Dengan daya tahan yang tinggi, teknologi cetak injeksi logam juga meningkatkan kapasitasnya untuk geometri kompleks.

Pelanggan
Karena ketahanan korosinya yang luar biasa, 17-4 banyak digunakan dalam aplikasi konsumen yang memanfaatkan teknologi MIM. Lebih lanjut, kekuatan dan kekerasan material ini yang luar biasa menjamin fungsionalitas bebas kesalahan.

Sebagai kesimpulan

MIM 17-4 PH mencapai kemajuan pesat dalam mengoptimalkan sifat struktural. Untuk berbagai aplikasi yang sesuai, MIM 17-4 PH menawarkan beragam kombinasi sifat sinter yang menarik. Suhu sinter merupakan penentu utama atribut akhir jika dibandingkan dengan jenis serbuk, ukuran partikel, densitas hijau, durasi penahanan, dan parameter lainnya. Lebih lanjut, fase yang terdapat dalam material sinter memengaruhi sifat sinter.

Sementara itu, perlakuan panas pasca-sintering, densitas sinter, dan morfologi fasa semuanya memengaruhi karakteristik. Densitas sintering menentukan karakteristik, sedangkan Hot Isostatic Pressing (HIP) meningkatkannya.

Pencetakan Injeksi Logam (MIM) semakin maju dengan baja tahan karat 17-4 PH. Untuk menawarkan aplikasi lebih lanjut untuk baja sinter 17-4 PH, JHMIM mengandalkan basis teknologi MIM.