mim materiale rustfritt stål 17-4

MIM 17-4 PH Oversikt

Basert på AISI 17-4 PH-standarden, er MIM 17-4 PH et martensittisk nedbørherdende rustfritt stål. Det utmerker seg ved en blanding av korrosjonsbestandighet og mekaniske kvaliteter.

Et av de mest brukte MIM-materialene i metallsprøytestøpingssektoren er 17-4 PH rustfritt stål. Dette metallet har en flott blanding av korrosjonsbestandighet, hardhet og styrke. Komplekse stykker med god styrke er muliggjort av 17-4s eksepsjonelle kvaliteter. Videre utføres sekundær herding under sintringsprosessen ved å modifisere visse parametere.

Siden 17-4 PH motstår korrosjon på samme måte som 304L, brukes den ofte i applikasjoner som krever mekaniske egenskaper.

I tillegg er MIM-17-4 PH identifisert av UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 og rustfritt stål 17-4 PH.

 

Sammensetning av kjemikalier

Den kjemiske sammensetningen av rustfritt stål 17-4 er oppført nedenfor, med elementer og deres respektive vektprosent:

• Jern (Fe):Saldo (resterende del)
• Nikkel (Ni):3,00–5,00 %
• Silisium (Si):1,00 %
• Karbon (C):0,07 %
• Krom (Cr):15,50–17,50 %
• Niob (Nb):0,15–0,45 %
• Mangan (Mn):1,00 %
• Kobber (Cu):3,00–5,00 %
• Svovel (S):0,03 %

Sammensetningen sikrer materialets styrke, korrosjonsbestandighet og andre egenskaper egnet for ulike industrielle bruksområder.

MIM 17-4 PH rustfritt stål har typisk mekaniske egenskaper som er 10–25 % dårligere enn smidd 17-4 PH. De primære årsakene inkluderer:

Sintringsfeil inkluderer dvelende karbonurenheter, beholdte porer og korn.
Fordampningsindusert tap av elementer: Cr, Cu og Ni.
Inkludering av urenheter: O, C og N.

Med langsomme sintring stabiliseres den ansiktssentrerte kubiske austenittfasen av karbon- og nitrogenkomponenter. På den annen side vil kroppssentrert kubisk deltaferritt akselerere sintringstakten. Rustfritt stål 17-4PH gjennomgår utfellingsreaksjoner som resulterer i høy hardhet og styrke, mens gjenværende delta-ferritt reduserer styrken. I tillegg oppstår martensitt under avkjølingsfasen etter sintring.

En nøkkelkomponent i MIM-produkter er oksygen. Det opprinnelige overflatearealet til rustfritt stålpulver belagt med oksider er høyt, og mengden oksygen varierer avhengig av pulverfremstillingsmetoden. Høye oksygennivåer i MIM 17-4 PH deler fører til dårlig korrosjonsmotstand og dårligere mekaniske egenskaper siden disse oksidene vil ta bort kroms evne til å hemme korrosjon.

 

De typiske egenskapene

En sofistikert teknikk for å lage intrikate deler av rustfritt stål med høy ytelse er MIM. Topptemperatur, oppvarmingshastighet, miljø, holdevarighet og pulverpartikkelstørrelse påvirker alle hvordan rustfritt stål 17-4 PH sinter. Tallrike faktorer påvirker sammensetningen av 17-4 PH-legeringen, som igjen påvirker mikrostrukturfasene, sintringsadferden og de endelige egenskapene. Nitrogen fra prosessatmosfæren, oksygen fra pulveret eller atmosfæren, og karbon fra pulveret eller bindemidlet er hovedkomponentene.

 

Den ideelle balansen mellom styrke, hardhet og korrosjonsmotstand gjør 17-4 PH til et populært valg. Produkter innen elektronikk, odontologi, medisin og romfart finner blandingen av kvaliteter tiltalende etter varmebehandling. varierer i henhold til sammensetningen, med endringer i Fe, Ni, Cu og Cr. Temperaturen til solidus er rundt 1405 °C, og temperaturen til liquidus er omtrent 1440 °C. De mekaniske egenskapene reagerer på varmebehandling; bruddforlengelse varierer fra 8 til 14 %, flytegrense varierer fra 760 til 1240 MPa, strekkfasthet varierer fra 1000 til 1340 MPa, og hardheten når 43 HRC.

 

Den eksepsjonelle kombinasjonen av styrke, hardhet og korrosjonsbestandighet gjør 17-4 PH rustfritt stål til et foretrukket valg i metallsprøytestøpingsindustrien. Det martensittiske rustfrie stålet som oftest er nedbørsherdet er 17-4 PH.

• Stor styrke
• Ekstremt hardt
• Utmerket motstand mot korrosjon
• Seighet for brudd
• egenskaper ved varmebehandling og sveising

 

Effekter av bindemiddel og avbinding

For sprøytestøping i rustfritt stål 17-4 PH brukes mange bindemiddelsystemer; de mest populære er 60 % fyllstoff, 30 % ryggrad og 10 % overflateaktivt middel.

Fordi rester av bindemiddelingredienser vil endre det endelige oksygen- eller karbonnivået, har avbinding en innvirkning på de endelige egenskapene. Depolymerisering eller løsningsmiddelekstraksjon er det første trinnet i debinding; for eksempel oppløses parafinvoks i heptan, og polyetylenglykol oppløses i varmt vann. Dessuten brukes rykende salpetersyre i katalytisk avbinding for å fjerne polyoksymetylen. Den beste måten å fjerne bindemidlet på i det andre trinnet av avbinding er å holde det ved 600 til 1000°C i et hydrogenmiljø. Denne fasen blir noen ganger referert til som sintringsstartstadiet.

 

Sintringsparameterpåvirkning

En rekke variabler samhandler under sintringen av rustfritt stål 17-4 PH for å definere den endelige tettheten, fasen, mikrostrukturen og egenskapene. De fire primære komponentene i statistisk analyse er varmebehandling, sintringsatmosfære, initial oksygenkonsentrasjon og partikkelstørrelse.

Sintringstemperaturen har størst innflytelse på sintringstettheten.

 

Størrelsen på partikler

Overflatediffusjon er prosessen der den første partikkelbindingen under sintring finner sted; en mindre partikkel med større overflate vil styrke den innledende bindingen. Ryggradpolymerens partikkeladhesjon vil bli erstattet av overflatediffusjonsbinding når bindemiddelpyrolyse finner sted. Korngrensediffusjon trenger nakkevekst ettersom sintringsbinding mellom metallpartikler øker for å skape korngrenser mellom partikler. Når korngrensen dannes, spiller kornstørrelsen en stor rolle i sintringen når krympingen begynner, og det har en omvendt effekt på sintringshastigheten. Imidlertid kan virkningen av den opprinnelige partikkelstørrelsen motvirkes av høyere topptemperaturer eller lengre holdetider.

 

Atmosfæren

I rustfritt stål inkluderer standard sintringsmiljøalternativer vakuum, hydrogen, nitrogen, hydrogen-nitrogen og argon-hydrogen.


De to mest populære sintringsatmosfærene for rustfritt stål 17-4 PH er hydrogen og vakuum. Det er et merkbart fall i oksid når karbon tilsettes. Både silisium og krom kan holde på oksygen uten karbontilsetning av grafitt. Oksydreduksjon skjer når temperaturen er høy og hydrogennivået er høyt; et lavt duggpunkt vil garantere denne prosessen. Den kalde overflateoksidasjonen som oppstår etter sintring vil skape et passivt belegg av silisium, jern og krom som motstår korrosjon.

Som en sterk austenittstabilisator har nitrogen en innvirkning på utviklingen av martensitt og de ultimate egenskapene til rustfritt stål. Når det avkjøles, faller nitrogen, som er løselig i austenitt, ut som Cr2N. Kromet i korngrenseområdet vil tømmes av dette bunnfallet, noe som vil føre til at lokalisert korrosjon raskt oppstår. Som et resultat må vi forhindre at nitrogen kommer inn i sintringsatmosfæren og avkjøle komponentene under 900°C med en hastighet på 200°C per minutt. i rustfritt stål 17-4 PH for å hindre produksjon av kromnitrid.

Grafitt produserer også lave partialtrykk av karbonmonoksid i vakuumovner, som er grunnen til at grafittvakuumovner er vellykkede i vakuumsintring. Ved 1300°C og et lavt CO-partialtrykk på 0,001 kan den omdanne kromoksid til krom.

 

 

Temperatur og oppvarmingshastighet

Typiske sintringssykluser inkluderer urenhetseliminering og bindemiddelutbrenningsprosesser som innebærer oppvarming og oppbevaring ved forskjellige temperaturer. For reduksjon av urenheter er den ideelle temperaturen nær 1000°C, mens for endelig polymerfjerning er den nær 600°C.

Rustfritt stål 17-4PH gjennomgår sintringskrymping i dilatometry-testing med en topphastighet på ca. 1250°C, mens full tetthet (98%) krever en topptemperatur på 1300°C. Kobber og krom vil imidlertid fordampe ved disse høye temperaturene, noe som kan føre til tap av varmebehandling og korrosjonsbestandighet.

 

I tillegg er syntesen av delta-ferritt hjulpet av høyere temperaturer; ved raskere diffusjon vil denne fasen hjelpe til med den endelige fortettingen. Hvite delta-ferrittkolonier og mørke områder med sirkulære oksidporer er synlige i følgende mikrostrukturgraf av MIM 17-4PH ved sintring.

Mikrostrukturen til 1260 SS17-4 MIM

 

Kontroll av karbon

Under sintringsprosessen er karbon en annen austenittstabilisator. Høyere styrke og hardhet vil oppnås med lavt karboninnhold i 17-4, under 0,1 vektprosent. Rustfritt stål 17-4 PHs faser, fortetting og mekaniske egenskaper vil alle bli påvirket av endringen i karboninnholdet.

 

MIM-prosessens atomiserte pulver, bindemiddelrester, avbindingssyklus, sintringsmiljø, startoksygen og toppsintringstemperatur er noen av variablene som påvirker karbonnivået. Den primære determinanten for det endelige karboninnholdet under sintring er det innledende oksygennivået. For eksempel går 0,03 % karbon tapt under hydrogensintring av 17-4 gassforstøvede pulvere ved 1343°C. Videre, spesielt ved lavere sintringstemperaturer, kan bindemiddelrester også forårsake karbonforurensning.

Ved hydrogen- og vakuumsintring påvirkes strekkfastheten til rustfritt stål 17-4 av mengden karbon som holdes tilbake. I enten H900 eller H1100 varmebehandling, eller i standard sintring ved 1300 til 1360°C. Følgende bilde illustrerer hvordan strekkfastheten synker merkbart når karboninnholdet øker.

 

Opprettholde tid

Ved sintring faller holdetidene ved høyeste temperatur mellom 60 og 120 minutter. fra grafen for sintret tetthet versus temperatur og tid som følger. Når temperaturen stiger fra 1240 °C til 1360 °C, viser den en progressiv tetthet fra 96,3 % til 98,3 %. Sintringspressen oppnår full tetthet (98 %) etter 60 minutters holding. Porøsiteten fjernes og poreutslettelseshastigheten reduseres i denne fasen. Tap av korngrenser og porøsitetsutmattelse er de viktigste årsakene.

 

Fordeler med MIM 17-4

Høy motstand mot korrosjon
Varmebehandling-indusert aldersherding
Industriell styrke og holdbarhet
Enestående motstand mot varme
Ideell for MIMs kompliserte geometri

 

Mekaniske egenskaper

Når det gjelder strukturelle enheter, brukes MIM 17-4 PH. Favoritt sammenlignbare egenskaper er styrke, hardhet og forlengelse. I tillegg er tretthet, flytestyrke og bruddseighet problemer som påvirkes av flere prosessvariabler.

Følgende bilde oppsummerer gjennomsnittsparametrene på 17-4 PH basert på statistisk analyse av flere MIM-prosjekter. Sintringsparametere er ansvarlige for rundt 60 % av variasjonen i egenskaper.

 

I henhold til MIM industristandard skal rustfritt stål 17-4 PH ha en minimumsstrekkfasthet på 790 MPa, en hardhet på 27 HRC etter sintring, og en hardhet på 1070 MPa og 33 HRC etter varmebehandling. 4 % forlengelse for begge. Strekkfastheten til rustfritt stål 17-4PH etter 1350°C sintring og H900 varmebehandling er 1280 MPa for gassforstøvet pulver og 1136 MPa for vannforstøvet pulver. Det skal bemerkes at gassforstøvet pulver kan oppnå en varmebehandlet strekkstyrke på 1485 MPa med 9 % forlengelse.

 

Motstand mot korrosjon

Fire typer sintret rustfritt stål (304, 316, 430 og 17-4) utsettes for standard korrosjonstesting i en rekke situasjoner. Resultatene viser at 17-4 er minst motstandsdyktig mot disse forholdene. Videre, fordi porene på sintrede komponenter forårsaker lokal korrosjon ved konsentrasjonspolarisering, er smidd materiale mer motstandsdyktig mot korrosjon enn sintret materiale. Hydrogensintring og gassforstøvet pulver er to populære teknikker for å forbedre korrosjonsmotstanden fordi gjenværende oksygen er en ulempe.

Korrosjonsbestandighet er også relatert til biokompatibilitet. Sammenlignet med titan og koboltlegeringer har rustfritt stål 17-4 PH god cytotoksisitet, men mangler konkurransedyktig total biokompatibilitet.

 

PH Application Market for MIM 17-4

Enestående mekaniske kvaliteter leveres av 17-4 PH rustfritt stål ved temperaturer så høye som 350°C. I tillegg er den slitesterk nok for både vasemetall og sveiser, og vridning og avskalling kan reduseres ved oppvarming ved lav temperatur i en kort periode.

På grunn av sin overlegne korrosjons- og varmebestandighet, er Aerospace 17-4 rustfritt stål et godt valg for romfartsapplikasjoner. Høy pulverrenhet og fortetting kan sikre levetiden til MIM 17-4-produkter og minimere feilendringer.

Kjøretøy
Det mest brukte materialet i produksjon av biler er rustfritt stål 17-4 fordi det er enkelt å bearbeide til en rekke former. Med betydelig holdbarhet øker metallsprøytestøpingsteknologi også kapasiteten for kompleks geometri.

Kunder
På grunn av sin eksepsjonelle korrosjonsbestandighet, er 17-4 mye brukt i forbrukerapplikasjoner som bruker MIM-teknologi. Dessuten garanterer den eksepsjonelle styrken og hardheten til dette materialet feilfri funksjonalitet.

Som konklusjon

MIM 17-4 PH gjør fantastiske fremskritt i å optimalisere strukturelle egenskaper. For en rekke passende bruksområder tilbyr den en rekke tiltalende kombinasjoner av sintrede egenskaper. Sintringstemperatur er den primære determinanten for endelige egenskaper sammenlignet med pulvertype, partikkelstørrelse, grønntetthet, holdevarighet og andre parametere. Videre påvirker fasen som er tilstede i sintrede materialer de sintrede egenskapene.

I mellomtiden påvirker varmebehandling etter sintring, sintret tetthet og fasemorfologi egenskapene. Mens sintret tetthet bestemmer egenskapene, forbedrer Hot Isostatic Pressing (HIP) dem.

Metal Injection Molding (MIM) blir stadig mer avansert med rustfritt stål 17-4 PH. For å tilby ytterligere applikasjoner for sintret 17-4 PH, er JHMIM avhengig av MIM-teknologibasen.