MIM 소재 스테인리스 스틸 17-4

MIM 17-4 PH 개요

AISI 17-4 PH 표준을 기반으로 하는 MIM 17-4 PH는 마르텐사이트 석출 경화 스테인리스강입니다. 내식성과 기계적 특성이 조화를 이루는 것이 특징입니다.

가장 널리 사용되는 MIM 소재 중 하나 금속 주입 성형 부문은 17-4 PH 스테인리스강을 사용합니다. 이 금속은 내식성, 경도, 강도가 모두 우수합니다. 17-4의 탁월한 품질 덕분에 강도가 높은 복잡한 부품도 제작할 수 있습니다. 또한, 소결 공정 중 특정 매개변수를 조정하여 2차 경화를 실시합니다.

17-4 PH는 304L과 유사하게 부식에 강하므로 기계적 특성이 요구되는 응용 분야에 자주 사용됩니다.

또한, MIM-17-4 PH는 UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 및 스테인리스 스틸 17-4 PH로 식별됩니다.

 

화학 물질의 구성

스테인리스 스틸 17-4의 화학적 구성은 아래와 같습니다. 구성 원소와 각각의 중량 백분율은 다음과 같습니다.

• 철(Fe): 잔액(남은 부분)
• 니켈(Ni): 3.00-5.00%
• 실리콘(Si): 1.00%
• 탄소(C): 0.07%
• 크롬(Cr): 15.50-17.50%
• 니오븀(Nb): 0.15-0.45%
• 망간(Mn): 1.00%
• 구리(Cu): 3.00-5.00%
• 유황(S): 0.03%

이러한 구성은 다양한 산업적 응용 분야에 적합한 재료의 강도, 내식성 및 기타 특성을 보장합니다.

MIM 17-4 PH 스테인리스강은 일반적으로 단조 17-4 PH 스테인리스강보다 기계적 특성이 10~25% 더 나쁩니다. 주요 원인은 다음과 같습니다.

소결 결함에는 잔류 탄소 불순물, 잔류 기공 및 입자가 포함됩니다.
증발로 인한 원소 손실: Cr, Cu, Ni.
불순물 포함: O, C, N.

소결 속도가 느려지면 면심입방 오스테나이트 상은 탄소와 질소 성분에 의해 안정화됩니다. 반면, 체심입방 델타 페라이트는 소결 속도를 가속화합니다. 스테인리스강 17-4PH는 석출 반응을 일으켜 높은 경도와 강도를 얻는 반면, 잔류 델타 페라이트는 강도를 감소시킵니다. 또한, 소결 후 냉각 과정에서 마르텐사이트가 생성됩니다.

의 핵심 구성 요소 Mim 제품s는 산소입니다. 산화물로 코팅된 스테인리스강 분말은 초기 표면적이 넓으며, 산소량은 분말 제조 방법에 따라 달라집니다. MIM 17-4 PH 부품의 높은 산소 함량은 이러한 산화물이 크롬의 부식 방지 능력을 약화시켜 내식성 및 기계적 특성 저하로 이어집니다.

 

일반적인 속성

MIM은 정교하고 고성능의 스테인리스강 부품을 제작하는 정교한 기술입니다. 최고 온도, 가열 속도, 환경, 유지 시간 및 분말 입자 크기는 모두 스테인리스강 17-4 PH의 소결 방식에 영향을 미칩니다. 17-4 PH 합금의 조성에는 여러 요인이 영향을 미치며, 이는 미세 조직상, 소결 거동 및 최종 특성에 영향을 미칩니다. 공정 분위기의 질소, 분말 또는 분위기의 산소, 그리고 분말 또는 바인더의 탄소가 주요 성분입니다.

 

강도, 경도, 내식성의 이상적인 균형을 갖춘 17-4 PH는 인기 있는 선택입니다. 전자, 치과, 의학, 항공우주 분야의 제품은 열처리 후 이러한 특성의 조합에 매력을 느낍니다. Fe, Ni, Cu, Cr의 함량 변화에 따라 조성이 달라집니다. 고상선 온도는 약 1405°C, 액상선 온도는 약 1440°C입니다. 기계적 특성은 열처리에 따라 크게 변화합니다. 파단 연신율은 8%에서 14% 사이, 항복 강도는 760%에서 1240MPa 사이, 인장 강도는 1000%에서 1340MPa 사이, 경도는 43HRC에 이릅니다.

 

강도, 경도, 내식성이 탁월하게 결합된 17-4 PH 스테인리스강은 금속 사출 성형 산업에서 선호되는 소재입니다. 가장 일반적으로 석출 경화되는 마르텐사이트계 스테인리스강은 17-4 PH입니다.

• 큰 힘
• 매우 어렵다
• 뛰어난 부식 저항성
• 골절에 대한 인성
• 열처리 및 용접의 특성

 

바인더와 탈바인딩의 효과

스테인리스 스틸 17-4 PH 사출 성형의 경우 다양한 바인더 시스템이 사용됩니다. 가장 널리 사용되는 시스템은 필러 60%, 백본 30%, 계면활성제 10%입니다.

잔류 바인더 성분이 최종 산소 또는 탄소 함량을 변화시키므로, 탈지 공정은 최종 특성에 영향을 미칩니다. 탈지 공정의 초기 단계는 해중합 또는 용매 추출 공정입니다. 예를 들어, 파라핀 왁스는 헵탄에, 폴리에틸렌 글리콜은 뜨거운 물에 용해됩니다. 또한, 촉매 탈지 공정에서는 발연 질산을 사용하여 폴리옥시메틸렌을 제거합니다. 탈지 공정의 두 번째 단계에서 바인더를 제거하는 가장 좋은 방법은 수소 분위기에서 600~1000°C의 온도를 유지하는 것입니다. 이 단계는 소결 시작 단계라고도 합니다.

 

소결 매개변수 영향

스테인리스강 17-4 PH의 소결 과정에서는 여러 변수가 상호작용하여 최종 밀도, 상, 미세조직 및 특성을 결정합니다. 통계 분석의 네 가지 주요 요소는 열처리, 소결 분위기, 초기 산소 농도, 그리고 입자 크기입니다.

소결 온도는 소결 밀도에 가장 큰 영향을 미칩니다.

 

입자의 크기

표면 확산은 소결 중 첫 번째 입자 결합이 일어나는 과정입니다. 표면적이 더 큰 작은 입자는 초기 결합을 강화합니다. 바인더 열분해가 일어나면 주쇄 고분자의 입자 접착력은 표면 확산 결합으로 대체됩니다. 금속 입자 사이의 소결 결합이 증가함에 따라 입자 경계 확산은 입자 사이에 결정립계를 형성하기 위해 목 성장(neck growth)을 필요로 합니다. 결정립계가 형성되면, 수축이 시작될 때 결정립 크기가 소결에 중요한 역할을 하며 소결 속도에 역효과를 미칩니다. 그러나 초기 입자 크기의 영향은 더 높은 피크 온도 또는 더 긴 유지 시간으로 상쇄될 수 있습니다.

 

분위기

스테인리스강의 경우 표준 소결 환경 옵션에는 진공, 수소, 질소, 수소-질소, 아르곤-수소가 포함됩니다.


스테인리스강 17-4 PH에 가장 널리 사용되는 소결 분위기는 수소 분위기와 진공 분위기입니다. 탄소를 첨가하면 산화물이 눈에 띄게 감소합니다. 규소와 크롬은 흑연에 탄소를 첨가하지 않고도 산소를 유지할 수 있습니다. 산화물 환원은 온도가 높고 수소 농도가 높을 때 발생하며, 이슬점이 낮을수록 이러한 과정이 보장됩니다. 소결 후 발생하는 저온 표면 산화는 부식에 강한 규소, 철, 크롬으로 이루어진 부동태 피막을 형성합니다.

강력한 오스테나이트 안정제인 질소는 마르텐사이트 형성과 스테인리스강의 궁극적인 특성에 영향을 미칩니다. 냉각 시 오스테나이트에 용해되는 질소는 Cr₂N으로 석출됩니다. 이 석출물에 의해 입계 영역의 크롬이 고갈되어 국부 부식이 빠르게 발생합니다. 따라서 소결 분위기로 질소가 유입되는 것을 방지하고, 분당 200°C의 속도로 부품을 900°C 이하로 냉각하여 질화 크롬 생성을 방지해야 합니다. 17-4 PH 스테인리스강의 경우, 질화 크롬 생성을 방지하기 위해 17-4 PH를 사용해야 합니다.

흑연은 진공로에서 일산화탄소 분압이 낮아지므로, 흑연 진공로는 진공 소결에 적합합니다. 1300°C의 온도와 0.001의 낮은 일산화탄소 분압에서 산화크롬을 크롬으로 전환할 수 있습니다.

 

 

온도 및 가열 속도

일반적인 소결 사이클에는 불순물 제거 및 바인더 연소 공정이 포함되며, 이 공정은 다양한 온도에서 가열 및 유지되는 것을 수반합니다. 불순물 감소를 위한 이상적인 온도는 1000°C에 가깝고, 최종적으로 폴리머를 제거하기 위한 이상적인 온도는 600°C에 가깝습니다.

스테인리스강 17-4PH는 팽창계 시험에서 약 1250°C의 최대 속도로 소결 수축을 겪는 반면, 완전 밀도(98%)를 달성하려면 1300°C의 최대 온도가 필요합니다. 그러나 구리와 크롬은 이러한 고온에서 증발하여 열처리 및 내식성 저하를 초래할 수 있습니다.

 

또한, 델타-페라이트 합성은 더 높은 온도에서 촉진되며, 빠른 확산은 이 상이 최종 치밀화에 도움을 줍니다. 소결 중인 MIM 17-4PH의 다음 미세 구조 그래프에서 흰색 델타-페라이트 콜로니와 원형 산화물 기공의 어두운 영역을 확인할 수 있습니다.

1260 SS17-4 MIM의 미세구조

 

탄소 제어

소결 과정에서 탄소는 또 다른 오스테나이트 안정제입니다. 17-4강의 잔류 탄소 함량이 0.1 중량% 미만으로 낮으면 더 높은 강도와 ​​경도를 얻을 수 있습니다. 스테인리스강 17-4 PH의 상, 치밀화 및 기계적 특성은 모두 탄소 함량 변화의 영향을 받습니다.

 

MIM 공정의 분무 분말, 바인더 잔류물, 탈지 사이클, 소결 환경, 초기 산소, 그리고 최대 소결 온도는 탄소 함량에 영향을 미치는 변수들입니다. 소결 중 최종 탄소 함량을 결정하는 주요 요인은 초기 산소 함량입니다. 예를 들어, 17-4 가스 분무 분말을 1343°C에서 수소 소결하는 동안 0.03%의 탄소가 손실됩니다. 더욱이, 특히 낮은 소결 온도에서는 바인더 잔류물이 탄소 오염을 유발할 수 있습니다.

수소 및 진공 소결에서 스테인리스강 17-4의 인장 강도는 잔류 탄소량에 영향을 받습니다. H900 또는 H1100 열처리, 또는 1300~1360°C의 표준 소결에서 탄소 함량이 증가함에 따라 인장 강도가 현저히 감소하는 것을 다음 그림에서 확인할 수 있습니다.

 

시간 유지

소결 시, 최고 온도 유지 시간은 60분에서 120분 사이입니다. 아래 소결 밀도 대 온도 및 시간 그래프에서 확인할 수 있습니다. 온도가 1240°C에서 1360°C로 상승함에 따라 밀도는 96.3%에서 98.3%로 점진적으로 증가합니다. 소결체는 60분 유지 후 완전 밀도(98%)에 도달합니다. 이 단계에서 기공은 제거되고 기공 소멸률은 감소합니다. 결정립계 손실과 기공 피로가 주요 원인입니다.

 

MIM 17-4의 이점

높은 내식성
열처리 유도 시효 경화
산업용 강도와 내구성
뛰어난 내열성
MIM의 복잡한 형상에 이상적입니다.

 

기계적 특성

구조용 부품으로는 MIM 17-4 PH가 사용됩니다. 주요 비교 특성으로는 강도, 경도, 연신율이 있습니다. 또한, 피로 강도, 항복 강도, 파괴 인성은 여러 가공 변수의 영향을 받는 요소입니다.

다음 이미지는 여러 MIM 프로젝트의 통계 분석을 기반으로 17-4 PH의 평균 매개변수를 요약한 것입니다. 소결 매개변수는 특성 변화의 약 60%를 차지합니다.

 

MIM 산업 표준에 따르면, 스테인리스강 17-4 PH는 최소 인장강도 790 MPa, 소결 후 경도 27 HRC, 열처리 후 경도 1070 MPa, HRC 33을 가져야 합니다. 두 경우 모두 4%의 연신율을 가져야 합니다. 1350°C 소결 및 H900 열처리 후 스테인리스강 17-4PH의 인장강도는 가스 분무 분말의 경우 1280 MPa, 물 분무 분말의 경우 1136 MPa입니다. 가스 분무 분말은 9%의 연신율로 열처리 후 인장강도 1485 MPa를 달성할 수 있습니다.

 

부식 저항성

네 가지 유형의 소결 스테인리스강(304, 316, 430, 17-4)을 다양한 조건에서 표준 부식 시험을 실시했습니다. 그 결과, 17-4가 이러한 조건에서 가장 낮은 내식성을 보였습니다. 또한, 소결 부품의 기공이 농도 분극에 의해 국부 부식을 유발하기 때문에, 단조재는 소결재보다 내식성이 더 우수합니다. 잔류 산소가 단점이기 때문에 수소 소결 및 가스 분무 분말은 내식성을 향상시키는 두 가지 널리 사용되는 기술입니다.

내식성은 생체적합성과도 관련이 있습니다. 티타늄 및 코발트 합금과 비교했을 때, 스테인리스강 17-4 PH는 우수한 세포독성을 나타내지만, 전반적인 생체적합성 측면에서는 경쟁력이 부족합니다.

 

MIM 17-4를 위한 PH 응용 시장

17-4 PH 스테인리스 스틸은 최대 350°C의 고온에서도 뛰어난 기계적 특성을 유지합니다. 또한, 꽃병 금속과 용접부 모두에 충분히 내구성이 뛰어나며, 저온에서 단시간 가열하면 뒤틀림과 스케일 발생을 줄일 수 있습니다.

뛰어난 내식성과 내열성 덕분에 항공우주용 17-4 스테인리스강은 항공우주 분야에 매우 적합합니다. 높은 분말 순도와 고밀도화는 MIM 17-4 제품의 수명을 보장하고 오차 발생을 최소화합니다.

차량
자동차 생산에 가장 널리 사용되는 소재는 스테인리스강 17-4입니다. 다양한 형상으로 가공하기 쉽기 때문입니다. 금속 사출 성형 기술은 뛰어난 내구성을 바탕으로 복잡한 형상의 제품 제작 능력도 향상시킵니다.

고객
17-4는 뛰어난 내식성 덕분에 MIM 기술을 활용하는 소비자용 제품에 널리 사용됩니다. 또한, 이 소재의 뛰어난 강도와 경도는 완벽한 기능을 보장합니다.

결론적으로

MIM 17-4 PH는 구조적 특성 최적화에 있어 놀라운 진전을 이루었습니다. 다양한 용도에 적합하며, 소결 특성의 다양하고 매력적인 조합을 제공합니다. 소결 온도는 분말 종류, 입자 크기, 그린 밀도, 유지 시간 및 기타 매개변수와 비교할 때 최종 특성을 결정하는 주요 요소입니다. 또한, 소결 재료에 존재하는 상(phase)도 소결 특성에 영향을 미칩니다.

소결 후 열처리, 소결 밀도, 그리고 상 형태는 모두 특성에 영향을 미칩니다. 소결 밀도가 특성을 결정하는 반면, 열간 등압 성형(HIP)은 이러한 특성을 향상시킵니다.

금속 사출 성형(MIM)은 스테인리스강 17-4 PH를 통해 점점 더 발전하고 있습니다. JHMIM은 소결 17-4 PH의 다양한 응용 분야를 제공하기 위해 MIM 기술을 기반으로 합니다.