mim חומר נירוסטה 17-4

סקירה כללית של MIM 17-4 PH

בהתבסס על תקן AISI 17-4 PH, MIM 17-4 PH היא פלדת אל חלד מתקשות משקעים מרטנסיטית. הוא מובחן על ידי תערובת של עמידות בפני קורוזיה ואיכויות מכניות.

אחד מחומרי MIM הנפוצים ביותר בתחום הזרקת מתכת הוא פלדת אל חלד 17-4 PH. למתכת זו שילוב נהדר של עמידות בפני קורוזיה, קשיות וחוזק. חלקים מורכבים עם חוזק טוב מתאפשרים בזכות האיכויות יוצאות הדופן של 17-4. יתר על כן, התקשות משנית מתבצעת במהלך תהליך הסינטרינג על ידי שינוי פרמטרים מסוימים.

מכיוון ש-17-4 PH עמיד בפני קורוזיה בדומה ל-304L, הוא משמש לעתים קרובות ביישומים הדורשים תכונות מכניות.

בנוסף, MIM-17-4 PH מזוהה על ידי UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 ופלדת אל חלד 17-4 PH.

 

הרכב כימיקלים

ההרכב הכימי של נירוסטה 17-4 מופיע להלן, עם אלמנטים ואחוזי המשקל שלהם:

• ברזל (Fe):יתרה (החלק הנותר)
• ניקל (ני):3.00-5.00%
• סיליקון (Si):1.00%
• פחמן (C):0.07%
• Chromium (Cr):15.50-17.50%
• ניוביום (Nb):0.15-0.45%
• מנגן (Mn):1.00%
• נחושת (Cu):3.00-5.00%
• גופרית (S):0.03%

ההרכב מבטיח את חוזק החומר, עמידות בפני קורוזיה ותכונות נוספות המתאימות ליישומים תעשייתיים שונים.

לנירוסטה MIM 17-4 PH יש בדרך כלל איכויות מכניות שהן גרועות ב-10-25% מ-17-4 PH מחושל. הגורמים העיקריים כוללים:

פגמים בסינטר כוללים זיהומי פחמן מתמשכים, נקבוביות שנשמרו ודגנים.
אובדן הנגרם על ידי אידוי של יסודות: Cr, Cu ו-Ni.
הכללת טומאה: O, C ו-N.

עם האטת סינטר, שלב האוסטניט המעוקב במרכז הפנים מיוצב על ידי רכיבי פחמן וחנקן. מצד שני, פריט דלתא מעוקב במרכז הגוף יאיץ את קצב הסינטרינג. נירוסטה 17-4PH עוברת תגובות משקעים המביאות לקשיות וחוזק גבוהים, בעוד שאריות דלתא-פריט מפחיתות את החוזק. בנוסף, מרטנזיט מתרחש בשלב הקירור לאחר סינטר.

מרכיב מרכזי במוצרי MIM הוא חמצן. שטח הפנים הראשוני של אבקות נירוסטה מצופות תחמוצות הוא גבוה, וכמות החמצן משתנה בהתאם לשיטת ייצור האבקה. רמות חמצן גבוהות בחלקי MIM 17-4 PH מובילות לעמידות לקורוזיה ירודה ולמאפיינים מכניים נחותים, שכן תחמוצות אלו יוציאו את יכולתו של הכרום לעכב קורוזיה.

 

המאפיינים האופייניים

טכניקה מתוחכמת ליצירת חלקי נירוסטה מורכבים ובעלי ביצועים גבוהים היא MIM. טמפרטורת שיא, קצב החימום, הסביבה, משך ההחזקה וגודל חלקיקי האבקה כולם משפיעים על האופן שבו מפלדת אל חלד 17-4 PH חותרת. גורמים רבים משפיעים על ההרכב של סגסוגת 17-4 PH, אשר בתורה משפיעה על שלבי המיקרו-מבנה, התנהגות הסינטר והמאפיינים הסופיים. חנקן מאווירת התהליך, חמצן מהאבקה או האטמוספירה ופחמן מהאבקה או המקשר הם המרכיבים העיקריים.

 

האיזון האידיאלי של חוזק, קשיות ועמידות בפני קורוזיה הופך 17-4 PH לבחירה פופולרית. מוצרים בתחומי האלקטרוניקה, רפואת השיניים, הרפואה והחלל מוצאים את תמהיל האיכויות מושך לאחר טיפול בחום. משתנה בהתאם להרכב, עם שינויים ב-Fe, Ni, Cu ו-Cr. הטמפרטורה של סולידוס היא סביב 1405 מעלות צלזיוס, וזו של ליקווידוס היא בערך 1440 מעלות צלזיוס. האיכויות המכניות מגיבות לטיפול בחום; התארכות השבר נעה בין 8 ל-14%, חוזק התפוקה נע בין 760 ל-1240 MPa, חוזק המתיחה נע בין 1000 ל-1340 MPa, והקשיות מגיעה ל-43 HRC.

 

השילוב יוצא הדופן של חוזק, קשיות ועמידות בפני קורוזיה הופך את פלדת אל-חלד 17-4 PH לבחירה מועדפת בתעשיית הזרקת מתכת. הפלדת אל-חלד המרטנסיטית שהוקשחת לרוב היא 17-4 PH.

• כוח גדול
• קשה ביותר
• עמידות מעולה בפני קורוזיה
• קשיחות לשברים
• מאפיינים של טיפול בחום וריתוך

 

השפעות של קלסר ו-Debinding

עבור הזרקת נירוסטה 17-4 PH, נעשה שימוש במערכות קלסר רבות; הפופולריים שבהם הם 60% חומר מילוי, 30% עמוד שדרה ו-10% פעילי שטח.

מכיוון ששאריות מרכיבי הקלסר ישנו את רמות החמצן או הפחמן הסופיות, לביטול הקשר יש השפעה על המאפיינים הסופיים. דה-פולימריזציה או מיצוי ממס הוא השלב הראשוני בדה-binding; לדוגמה, שעוות פרפין מתמוססת בהפטן, ופוליאתילן גליקול מתמוסס במים חמים. יתר על כן, חומצה חנקתית מבעבעת משמשת בפירוק קטליטי להסרת פוליאוקסימתילן. הדרך הטובה ביותר להסיר את הקלסר בשלב השני של ביטול הכריכה היא להחזיק אותו ב-600 עד 1000 מעלות צלזיוס בסביבת מימן. שלב זה מכונה לפעמים שלב תחילת הסינטר.

 

השפעת פרמטר סינטר

מספר משתנים מקיימים אינטראקציה במהלך סינטרה של פלדת אל חלד 17-4 PH כדי להגדיר את הצפיפות הסופית, השלב, המיקרו-מבנה והמאפיינים. ארבעת המרכיבים העיקריים של ניתוח סטטיסטי הם טיפול בחום, אטמוספירת סינטר, ריכוז חמצן ראשוני וגודל החלקיקים.

לטמפרטורת הסינטר יש את ההשפעה הגדולה ביותר על צפיפות הסינטרה.

 

גודל החלקיקים

דיפוזיה של פני השטח היא התהליך שבו מתרחשת חיבור החלקיקים הראשון במהלך הסינטר; חלקיק קטן יותר עם שטח פנים גדול יותר יחזק את הקשר הראשוני. הידבקות החלקיקים של פולימר עמוד השדרה תוחלף בהדבקת דיפוזיה פני השטח ברגע שתתרחש פירוליזה של קלסר. דיפוזיה של גבול התבואה זקוקה לצמיחת צוואר מכיוון שחיבור סינטר בין חלקיקי מתכת גדל על מנת ליצור גבולות גרגרים בין חלקיקים. כאשר גבול התבואה נוצר, גודל הגרגיר משחק תפקיד מרכזי בסינטר כאשר מתחילה הצטמקות, ויש לו השפעה הפוכה על קצב הסינטרינג. עם זאת, ניתן לנטרל את ההשפעה של גודל החלקיקים הראשוני על ידי טמפרטורות שיא גדולות יותר או זמני החזקה ארוכים יותר.

 

האווירה

בנירוסטה, אפשרויות סביבת סינטר הסטנדרטיות כוללות ואקום, מימן, חנקן, מימן-חנקן וארגון-מימן.


שתי אטמוספירות הסינטר הפופולריות ביותר עבור נירוסטה 17-4 PH הן מימן ואקום. יש ירידה ניכרת בתחמוצת כאשר מוסיפים פחמן. גם סיליקון וגם כרום יכולים להחזיק חמצן ללא תוספת פחמן של גרפיט. הפחתת תחמוצת מתרחשת כאשר הטמפרטורה גבוהה ורמת המימן גבוהה; נקודת טל נמוכה תבטיח תהליך זה. חמצון פני השטח הקרים המתרחש לאחר סינטר יצור ציפוי פסיבי של סיליקון, ברזל וכרום העמיד בפני קורוזיה.

כמייצב אוסטניט חזק, לחנקן יש השפעה על התפתחות מרטנזיט ועל המאפיינים האולטימטיביים של נירוסטה. בזמן שהוא מתקרר, חנקן, שהוא מסיס באוסטניט, משקע כ-Cr2N. הכרום באזור גבול התבואה יתרוקן על ידי המשקע הזה, מה שיגרום לקורוזיה מקומית להתרחש במהירות. כתוצאה מכך עלינו למנוע כניסת חנקן לאטמוספרת הסינטר ולקרר את הרכיבים מתחת ל-900°C בקצב של 200°C לדקה. בנירוסטה 17-4 PH למניעת ייצור כרום ניטריד.

גרפיט מייצר גם לחצים חלקיים נמוכים של פחמן חד חמצני בתנורי ואקום, וזו הסיבה שתנורי ואקום גרפיט מצליחים בסינטרינג ואקום. ב-1300 מעלות צלזיוס ולחץ חלקי CO נמוך של 0.001, הוא יכול להמיר תחמוצת כרום לכרום.

 

 

טמפרטורה וקצב חימום

מחזורי סינטר אופייניים כוללים סילוק זיהומים ותהליכי שריפת קלסר שכרוכים בחימום והחזקה בטמפרטורות שונות. להפחתת זיהומים, הטמפרטורה האידיאלית היא קרוב ל-1000 מעלות צלזיוס, בעוד להסרת פולימרים אולטימטיבית היא קרובה ל-600 מעלות צלזיוס.

נירוסטה 17-4PH עוברת כיווץ סינטר בבדיקת דילטומטריה בקצב שיא של כ-1250°C, בעוד שצפיפות מלאה (98%) מחייבת טמפרטורת שיא של 1300°C. עם זאת, נחושת וכרום יתאדו בטמפרטורות גבוהות אלו, אולי יגרמו לאובדן טיפול בחום ועמידות בפני קורוזיה.

 

בנוסף, הסינתזה של דלתא-פריט נעזרת בטמפרטורות גבוהות יותר; על ידי דיפוזיה מהירה יותר, שלב זה יסייע בצפיפות הסופית. מושבות דלתא-פריט לבנות ואזורים כהים של נקבוביות תחמוצת מעגליות נראים בגרף המיקרו-מבנה הבא של MIM 17-4PH בסינטר.

מבנה המיקרו של 1260 SS17-4 MIM

 

שליטה בפחמן

במהלך תהליך הסינטרינג, פחמן הוא מייצב אוסטניט נוסף. חוזק וקשיות גבוהים יותר יושגו עם רמות נמוכות של תכולת פחמן נשמרת ב-17-4, מתחת ל-0.1 אחוז משקל. השלבים, הצפיפות והמאפיינים המכניים של נירוסטה 17-4 PH יושפעו כולם מהשינוי בתכולת הפחמן.

 

האבקה המרוסקת של תהליך MIM, שאריות קלסר, מחזור ביטול הכריכה, סביבת סינטר, חמצן התחלתי ושיא טמפרטורת סינטר הם חלק מהמשתנים המשפיעים על רמת הפחמן. הקובע העיקרי של תכולת הפחמן האולטימטיבית במהלך סינטר הוא רמת החמצן הראשונית. לדוגמה, 0.03% פחמן אובד במהלך סינטר מימן של 17-4 אבקות אטום בגז ב-1343 מעלות צלזיוס. יתר על כן, במיוחד בטמפרטורות סינטר נמוכות יותר, שאריות קלסר יכולות גם לגרום לזיהום פחמן.

בסינטר מימן ובוואקום, חוזק המתיחה של נירוסטה 17-4 מושפע מכמויות הפחמן שנשמרות. בטיפול החום H900 או H1100, או בסינטר הסטנדרטי ב-1300 עד 1360 מעלות צלזיוס. התמונה הבאה ממחישה כיצד חוזק המתיחה פוחת באופן ניכר ככל שתכולת הפחמן עולה.

 

שמירה על זמן

בסינטר, זמני ההחזקה בטמפרטורה הגבוהה ביותר נופלים בין 60 ל-120 דקות. מגרף הצפיפות הסנטרית לעומת הטמפרטורה והזמן שאחריו. כשהטמפרטורה עולה מ-1240°C ל-1360°C, היא מראה צפיפות מתקדמת מ-96.3% ל-98.3%. מכבשי הסינטר משיגים צפיפות מלאה (98%), לאחר 60 דקות של החזקה. נקבוביות מוסרת וקצב השמדת הנקבוביות יורד במהלך שלב זה. אובדן גבולות התבואה ועייפות נקבוביות הם הגורמים העיקריים.

 

היתרונות של MIM 17-4

עמידות גבוהה בפני קורוזיה
התקשות גיל הנגרמת על ידי טיפול בחום
חוזק ועמידות תעשייתית
עמידות יוצאת דופן לחום
אידיאלי עבור הגיאומטריה המסובכת של MIM

 

מאפיינים מכניים

באשר למכשירים מבניים, נעשה שימוש ב-MIM 17-4 PH. מאפיינים דומים מועדפים הם חוזק, קשיות והתארכות. בנוסף, עייפות, חוזק תפוקה וקשיחות שבר הם נושאים המושפעים ממספר משתני עיבוד.

התמונה הבאה מסכמת את הפרמטרים הממוצעים של 17-4 PH בהתבסס על ניתוח סטטיסטי של מספר פרויקטים של MIM. פרמטרי סינטרה אחראים לכ-60% מהשונות במאפיינים.

 

על פי תקן התעשייה MIM, פלדת אל חלד 17-4 PH חייבת להיות בעלת חוזק מתיחה מינימלי של 790 MPa, קשיות של 27 HRC לאחר סינטר וקשיות של 1070 MPa ו-33 HRC לאחר טיפול בחום. 4% התארכות לשניהם. חוזק המתיחה של נירוסטה 17-4PH לאחר סינטר 1350°C וטיפול בחום H900 הוא 1280 MPa עבור אבקה אטומה בגז ו-1136 MPa עבור אבקה אטומה במים. יש לציין כי אבקת גז אטומה יכולה להשיג חוזק מתיחה שעבר טיפול בחום של 1485 MPa עם התארכות של 9%.

 

עמידות בפני קורוזיה

ארבעה סוגים של פלדת אל חלד מרוסנת (304, 316, 430 ו-17-4) נתונים לבדיקות קורוזיה סטנדרטיות במגוון מצבים. התוצאות מראות ש-17-4 הוא הכי פחות עמיד לתנאים אלו. יתר על כן, מכיוון שנקבוביות על רכיבים מחוטאים גורמות לקורוזיה מקומית על ידי קיטוב ריכוז, חומר יצוק עמיד יותר בפני קורוזיה מאשר חומר מחוטא. סינטר מימן ואבקת אטום בגז הן שתי טכניקות פופולריות לשיפור עמידות בפני קורוזיה מכיוון ששארית החמצן היא חיסרון.

עמידות בפני קורוזיה קשורה גם להתאמה ביולוגית. בהשוואה לסגסוגות טיטניום וקובלט, לנירוסטה 17-4 PH יש ציטוטוקסיות טובה אך חסרה תאימות ביולוגית תחרותית.

 

PH Application Market עבור MIM 17-4

איכויות מכניות יוצאות דופן ניתנות על ידי נירוסטה 17-4 PH בטמפרטורות גבוהות של 350 מעלות צלזיוס. בנוסף, הוא עמיד מספיק עבור מתכת אגרטל וגם ריתוכים, וניתן להפחית את העיוות וההתפשטות על ידי חימום בטמפרטורה נמוכה לתקופה קצרה.

בגלל עמידות הקורוזיה והחום המעולה שלה, נירוסטה Aerospace 17-4 היא בחירה מצוינת ליישומי תעופה וחלל. טוהר אבקה וצפיפות גבוהים יכולים להבטיח את אורך החיים של מוצרי MIM 17-4 ולמזער את שינויי השגיאות.

כלי רכב
החומר הנפוץ ביותר בייצור של מכוניות הוא נירוסטה 17-4 מכיוון שהוא פשוט לעיבוד למגוון צורות. עם עמידות ניכרת, טכנולוגיית הזרקת מתכת מגדילה גם את יכולתה לגיאומטריה מורכבת.

לקוחות
בגלל העמידות יוצאת הדופן שלו בפני קורוזיה, 17-4 נמצא בשימוש נרחב ביישומי צרכנים המשתמשים בטכנולוגיית MIM. יתר על כן, החוזק והקשיחות יוצאי הדופן של חומר זה מבטיחים פונקציונליות נטולת שגיאות.

לסיכום

MIM 17-4 PH עושה צעדים מדהימים באופטימיזציה של תכונות מבניות. עבור יישומים מתאימים רבים, הוא מציע מגוון של שילובים מושכים של מאפיינים סינטרים. טמפרטורת הסינטרינג היא הקובע העיקרי של התכונות הסופיות בהשוואה לסוג האבקה, גודל החלקיקים, צפיפות הירוק, משך ההחזקה ופרמטרים אחרים. יתר על כן, השלב הקיים בחומרים מחומרים משפיעים על תכונות הסינטרים.

בינתיים, טיפול בחום שלאחר ההלבנה, צפיפות הסינטרה ומורפולוגיית השלב כולם משפיעים על המאפיינים. בעוד שצפיפות סינטרה קובעת את המאפיינים, לחיצה איזוסטטית חמה (HIP) משפרת אותם.

הזרקת מתכת (MIM) הופכת מתקדמת יותר ויותר עם נירוסטה 17-4 PH. כדי להציע יישומים נוספים עבור 17-4 PH סינטרים, JHMIM תלוי בבסיס הטכנולוגיה של MIM.