mim materiaal roestvrij staal 17-4

MIM 17-4 PH Overzicht

MIM 17-4 PH is een martensitisch precipitatiegehard roestvast staal, gebaseerd op de AISI 17-4 PH-norm. Het onderscheidt zich door een combinatie van corrosiebestendigheid en mechanische eigenschappen.

Een van de meest gebruikte MIM-materialen in de metaalinjectie De gietsector is 17-4 PH roestvrij staal. Dit metaal biedt een uitstekende combinatie van corrosiebestendigheid, hardheid en sterkte. Complexe stukken met een hoge sterkte worden mogelijk gemaakt door de uitzonderlijke eigenschappen van 17-4. Bovendien vindt secundaire harding plaats tijdens het sinterproces door bepaalde parameters te wijzigen.

Omdat 17-4 PH een vergelijkbare corrosiebestendigheid heeft als 304L, wordt het vaak gebruikt in toepassingen waarbij mechanische eigenschappen vereist zijn.

Daarnaast wordt MIM-17-4 PH geïdentificeerd door UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 en roestvrij staal 17-4 PH.

 

Samenstelling van chemicaliën

De chemische samenstelling van roestvrij staal 17-4 is hieronder vermeld, met elementen en hun respectievelijke gewichtspercentages:

• IJzer (Fe): Saldo (resterend gedeelte)
• Nikkel (Ni): 3,00-5,00%
• Silicium (Si): 1,00%
• Koolstof (C): 0,07%
• Chroom (Cr): 15,50-17,50%
• Niobium (Nb): 0,15-0,45%
• Mangaan (Mn): 1,00%
• Koper (Cu): 3,00-5,00%
• Zwavel (S): 0,03%

De samenstelling zorgt ervoor dat het materiaal sterk is, corrosiebestendig en andere eigenschappen heeft die geschikt zijn voor diverse industriële toepassingen.

MIM 17-4 PH roestvast staal heeft doorgaans mechanische eigenschappen die 10-25% slechter zijn dan die van gesmeed 17-4 PH. De belangrijkste oorzaken zijn:

Sinterfouten kunnen bestaan ​​uit achtergebleven koolstofverontreinigingen, achtergebleven poriën en korrels.
Verdampingsgeïnduceerd verlies van elementen: Cr, Cu en Ni.
Onzuiverheidsinsluitingen: O, C en N.

Bij vertraagd sinteren wordt de face-centered kubische austenietfase gestabiliseerd door koolstof- en stikstofcomponenten. Body-centered kubisch deltaferriet daarentegen versnelt het sinteren. Roestvast staal 17-4PH ondergaat precipitatiereacties die resulteren in een hoge hardheid en sterkte, terwijl resterend deltaferriet de sterkte vermindert. Bovendien ontstaat er martensiet tijdens de afkoelingsfase na het sinteren.

Een belangrijk onderdeel van Mim-products is zuurstof. Het initiële oppervlak van roestvaststalen poeders die met oxiden zijn gecoat, is hoog en de hoeveelheid zuurstof varieert afhankelijk van de poederproductiemethode. Hoge zuurstofgehaltes in MIM 17-4 PH-onderdelen leiden tot een slechte corrosiebestendigheid en slechtere mechanische eigenschappen, omdat deze oxiden het corrosieremmende vermogen van chroom wegnemen.

 

De typische eigenschappen

Een geavanceerde techniek voor het creëren van complexe, hoogwaardige roestvrijstalen onderdelen is MIM. Piektemperatuur, verwarmingssnelheid, omgeving, houdduur en poederdeeltjesgrootte beïnvloeden allemaal hoe roestvrij staal 17-4 PH sintert. Talrijke factoren beïnvloeden de samenstelling van de 17-4 PH legering, wat op zijn beurt de microstructuurfasen, het sintergedrag en de uiteindelijke eigenschappen beïnvloedt. Stikstof uit de procesatmosfeer, zuurstof uit het poeder of de atmosfeer, en koolstof uit het poeder of bindmiddel zijn de belangrijkste componenten.

 

De ideale balans tussen sterkte, hardheid en corrosiebestendigheid maakt 17-4 pH een populaire keuze. Producten in de elektronica, tandheelkunde, geneeskunde en lucht- en ruimtevaart vinden de mix van eigenschappen aantrekkelijk na warmtebehandeling. Deze eigenschappen variëren afhankelijk van de samenstelling, met veranderingen in ijzer, nikkel, koper en chroom. De temperatuur van solidus ligt rond de 1405 °C en die van liquidus rond de 1440 °C. De mechanische eigenschappen reageren goed op warmtebehandeling; de breukrek varieert van 8 tot 14%, de vloeigrens varieert van 760 tot 1240 MPa, de treksterkte varieert van 1000 tot 1340 MPa en de hardheid bereikt 43 HRC.

 

De uitzonderlijke combinatie van sterkte, hardheid en corrosiebestendigheid maakt 17-4 PH roestvast staal een voorkeurskeuze in de metaalspuitgietindustrie. Het martensitische roestvast staal dat het meest precipitatiegehard wordt, is 17-4 PH.

• Grote kracht
• Extreem moeilijk
• Uitstekende corrosiebestendigheid
• Taaiheid voor breuken
• kenmerken van warmtebehandeling en lassen

 

Effecten van bindmiddel en ontbinding

Voor het spuitgieten van roestvrij staal 17-4 PH worden veel verschillende bindmiddelsystemen gebruikt. De meest populaire zijn 60% vulstof, 30% ruggengraat en 10% oppervlakteactieve stof.

Omdat overgebleven bindmiddelbestanddelen de uiteindelijke zuurstof- of koolstofgehaltes beïnvloeden, heeft het verwijderen van bindmiddel invloed op de uiteindelijke eigenschappen. Depolymerisatie of oplosmiddelextractie is de eerste stap in het verwijderen van bindmiddel; paraffinewas lost bijvoorbeeld op in heptaan en polyethyleenglycol in heet water. Bovendien wordt rokend salpeterzuur gebruikt bij katalytisch verwijderen van bindmiddel om polyoxymethyleen te verwijderen. De beste manier om het bindmiddel in de tweede fase van het verwijderen van bindmiddel te verwijderen, is door het te verwarmen tot 600 tot 1000 °C in een waterstofomgeving. Deze fase wordt soms ook wel de startfase van het sinteren genoemd.

 

Impact van sinterparameters

Tijdens het sinteren van roestvrij staal 17-4 PH spelen verschillende variabelen een rol bij het bepalen van de uiteindelijke dichtheid, fase, microstructuur en eigenschappen. De vier belangrijkste componenten van statistische analyse zijn warmtebehandeling, sinteratmosfeer, initiële zuurstofconcentratie en deeltjesgrootte.

De sintertemperatuur heeft de meeste invloed op de sinterdichtheid.

 

De grootte van deeltjes

Oppervlaktediffusie is het proces waarbij de eerste deeltjesbinding tijdens het sinteren plaatsvindt; een kleiner deeltje met een groter oppervlak versterkt de initiële binding. De deeltjeshechting van het backbone-polymeer wordt vervangen door oppervlaktediffusiebinding zodra bindmiddelpyrolyse plaatsvindt. Korrelgrensdiffusie vereist nekgroei naarmate de sinterbinding tussen metaaldeeltjes toeneemt om korrelgrenzen tussen deeltjes te creëren. Wanneer de korrelgrens zich vormt, speelt de korrelgrootte een belangrijke rol bij het sinteren wanneer krimp begint, en heeft dit een omgekeerd effect op de sintersnelheid. De invloed van de initiële deeltjesgrootte kan echter worden tegengegaan door hogere piektemperaturen of langere wachttijden.

 

De sfeer

Bij roestvrij staal zijn de standaardopties voor sinteromgevingen onder meer vacuüm, waterstof, stikstof, waterstof-stikstof en argon-waterstof.


De twee meest gebruikte sinteratmosferen voor roestvrij staal 17-4 PH zijn waterstof en vacuüm. Er is een merkbare daling van oxide wanneer koolstof wordt toegevoegd. Zowel silicium als chroom kunnen zuurstof vasthouden zonder de toevoeging van koolstof uit grafiet. Oxidereductie vindt plaats bij hoge temperaturen en een hoog waterstofgehalte; een laag dauwpunt garandeert dit proces. De koude oppervlakteoxidatie die na het sinteren optreedt, creëert een passieve coating van silicium, ijzer en chroom die corrosiebestendig is.

Als sterke austenietstabilisator heeft stikstof invloed op de vorming van martensiet en de uiteindelijke eigenschappen van roestvast staal. Bij afkoeling slaat stikstof, dat oplosbaar is in austeniet, neer als Cr2N. Het chroom in het korrelgrensgebied wordt door deze neerslag uitgeput, wat snel lokale corrosie veroorzaakt. Daarom moeten we voorkomen dat stikstof de sinteratmosfeer binnendringt en de componenten afkoelen tot onder de 900 °C met een snelheid van 200 °C per minuut in roestvast staal met een pH van 17-4 om de vorming van chroomnitride te voorkomen.

Grafiet produceert ook lage partiële koolmonoxidedrukken in vacuümovens, waardoor grafietvacuümovens succesvol zijn bij vacuümsinteren. Bij 1300 °C en een lage CO-partiële druk van 0,001 kan het chroomoxide omzetten in chroom.

 

 

Temperatuur en verwarmingssnelheid

Typische sintercycli omvatten het verwijderen van onzuiverheden en het verbranden van bindmiddelen, waarbij verschillende temperaturen worden verhit en gehandhaafd. Voor het verwijderen van onzuiverheden ligt de ideale temperatuur rond de 1000 °C, terwijl deze voor de uiteindelijke verwijdering van polymeren rond de 600 °C ligt.

Roestvast staal 17-4PH ondergaat sinterkrimp tijdens dilatometrietests met een pieksnelheid van ongeveer 1250 °C, terwijl bij volledige dichtheid (98%) een piektemperatuur van 1300 °C vereist is. Koper en chroom verdampen echter bij deze hoge temperaturen, wat mogelijk leidt tot een verlies van warmtebehandeling en corrosiebestendigheid.

 

Bovendien wordt de synthese van deltaferriet bevorderd door hogere temperaturen; door snellere diffusie zal deze fase bijdragen aan de uiteindelijke verdichting. Witte deltaferrietkolonies en donkere gebieden met circulaire oxideporiën zijn zichtbaar in de volgende microstructuurgrafiek van MIM 17-4PH tijdens het sinteren.

De microstructuur van 1260 SS17-4 MIM

 

Controle van koolstof

Tijdens het sinterproces is koolstof een andere stabilisator voor austeniet. Een hogere sterkte en hardheid worden bereikt met een laag koolstofgehalte in 17-4, minder dan 0,1 gewichtsprocent. De fasen, verdichting en mechanische eigenschappen van roestvrij staal 17-4 PH worden allemaal beïnvloed door de verandering in koolstofgehalte.

 

Het vernevelde poeder, de bindmiddelresten, de ontbindingscyclus, de sinteromgeving, de zuurstoftoevoer en de pieksintertemperatuur van het MIM-proces zijn enkele van de variabelen die het koolstofgehalte beïnvloeden. De belangrijkste bepalende factor voor het uiteindelijke koolstofgehalte tijdens het sinteren is het initiële zuurstofgehalte. Zo gaat er 0,03% koolstof verloren tijdens het waterstofsinteren van 17-4 gasvernevelde poeders bij 1343 °C. Bovendien kunnen bindmiddelresten, met name bij lagere sintertemperaturen, ook koolstofverontreiniging veroorzaken.

Bij waterstof- en vacuümsinteren wordt de treksterkte van roestvast staal 17-4 beïnvloed door de hoeveelheid koolstof die wordt vastgehouden. Dit geldt zowel voor de H900- als H1100-warmtebehandeling, of voor standaardsinteren bij 1300 tot 1360 °C. De volgende afbeelding illustreert hoe de treksterkte merkbaar afneemt naarmate het koolstofgehalte stijgt.

 

Tijd behouden

Bij het sinteren dalen de houdtijden bij de hoogste temperatuur tussen 60 en 120 minuten, zoals blijkt uit de grafiek van gesinterde dichtheid versus temperatuur en tijd die volgt. Naarmate de temperatuur stijgt van 1240 °C naar 1360 °C, vertoont deze een progressieve dichtheid van 96,3% naar 98,3%. De sintercompacts bereiken hun volledige dichtheid (98%) na 60 minuten houdtijd. De porositeit verdwijnt en de snelheid van poriënannilatie neemt af tijdens deze fase. Het verlies van korrelgrenzen en porositeitsvermoeidheid zijn de belangrijkste oorzaken.

 

Voordelen van MIM 17-4

Hoge corrosiebestendigheid
Door warmtebehandeling veroorzaakte verouderingsverharding
Industriële sterkte en duurzaamheid
Uitstekende hittebestendigheid
Ideaal voor de ingewikkelde geometrie van MIM

 

Mechanische kenmerken

Voor structurele apparaten wordt MIM 17-4 PH gebruikt. Favoriete vergelijkbare eigenschappen zijn sterkte, hardheid en rek. Daarnaast zijn vermoeiing, vloeigrens en breuktaaiheid factoren die worden beïnvloed door verschillende verwerkingsvariabelen.

De volgende afbeelding vat de gemiddelde parameters van 17-4 PH samen, gebaseerd op statistische analyses van verschillende MIM-projecten. Sinterparameters zijn verantwoordelijk voor ongeveer 60% van de variatie in eigenschappen.

 

Volgens de MIM-industrienorm moet roestvast staal 17-4 PH een minimale treksterkte hebben van 790 MPa, een hardheid van 27 HRC na het sinteren en een hardheid van 1070 MPa en 33 HRC na warmtebehandeling. 4% rek voor beide. De treksterkte van roestvast staal 17-4PH na sinteren bij 1350 °C en H900-warmtebehandeling is 1280 MPa voor gasverstoven poeder en 1136 MPa voor waterverstoven poeder. Gasverstoven poeder kan na warmtebehandeling een treksterkte van 1485 MPa bereiken met 9% rek.

 

Corrosiebestendigheid

Vier soorten gesinterd roestvast staal (304, 316, 430 en 17-4) worden onderworpen aan standaard corrosietests in uiteenlopende situaties. De resultaten tonen aan dat 17-4 het minst bestand is tegen deze omstandigheden. Bovendien is bewerkt materiaal beter bestand tegen corrosie dan gesinterd materiaal, omdat poriën in gesinterde componenten lokale corrosie veroorzaken door concentratiepolarisatie. Waterstofsintering en gasverneveld poeder zijn twee populaire technieken om de corrosieweerstand te verbeteren, omdat restzuurstof een nadeel is.

Corrosiebestendigheid hangt ook samen met biocompatibiliteit. Vergeleken met titanium- en kobaltlegeringen heeft roestvast staal 17-4 PH een goede cytotoxiciteit, maar een gebrek aan concurrerende algehele biocompatibiliteit.

 

PH-toepassingsmarkt voor MIM 17-4

17-4 PH roestvrij staal biedt uitstekende mechanische eigenschappen bij temperaturen tot wel 350 °C. Bovendien is het duurzaam genoeg voor zowel vaasmetaal als lassen, en kan kromtrekken en schilferen worden verminderd door het kortstondig op een lage temperatuur te verhitten.

Dankzij de superieure corrosie- en hittebestendigheid is roestvast staal 17-4 uit de lucht- en ruimtevaart een uitstekende keuze voor toepassingen in de lucht- en ruimtevaart. De hoge zuiverheid en verdichting van het poeder garanderen de levensduur van MIM 17-4-producten en minimaliseren de kans op fouten.

Voertuigen
Het meest gebruikte materiaal bij de productie van auto's is roestvrij staal 17-4, omdat het eenvoudig te verwerken is tot diverse vormen. Dankzij de aanzienlijke duurzaamheid vergroot de metaalspuitgiettechnologie ook de mogelijkheden voor complexe geometrieën.

Klanten
Vanwege de uitzonderlijke corrosiebestendigheid wordt 17-4 veel gebruikt in consumententoepassingen die gebruikmaken van MIM-technologie. Bovendien garanderen de uitzonderlijke sterkte en hardheid van dit materiaal een foutloze functionaliteit.

Tot slot

MIM 17-4 PH boekt enorme vooruitgang in het optimaliseren van structurele eigenschappen. Voor talloze geschikte toepassingen biedt het een verscheidenheid aan aantrekkelijke combinaties van gesinterde eigenschappen. De sintertemperatuur is de belangrijkste bepalende factor voor de uiteindelijke eigenschappen, in vergelijking met het type poeder, de deeltjesgrootte, de groene dichtheid, de houdbaarheid en andere parameters. Bovendien beïnvloedt de fase die aanwezig is in gesinterde materialen de gesinterde eigenschappen.

Ondertussen beïnvloeden de warmtebehandeling na het sinteren, de dichtheid van het gesinterde materiaal en de fasemorfologie allemaal de eigenschappen. Terwijl de dichtheid van het gesinterde materiaal de eigenschappen bepaalt, verbetert Hot Isostatic Pressing (HIP) deze.

Metaalspuitgieten (MIM) wordt steeds geavanceerder met roestvast staal 17-4 PH. Om meer toepassingen voor gesinterd 17-4 PH te bieden, vertrouwt JHMIM op de MIM-technologie.