material mim aço inoxidável 17-4

Visão geral do MIM 17-4 PH

Baseado na norma AISI 17-4 PH, o MIM 17-4 PH é um aço inoxidável martensítico endurecível por precipitação. Distingue-se por uma combinação de resistência à corrosão e qualidades mecânicas.

Um dos materiais MIM mais amplamente utilizados na injeção de metal O setor de moldagem é composto por aço inoxidável 17-4 PH. Este metal possui uma excelente combinação de resistência à corrosão, dureza e resistência. Peças complexas com boa resistência são possíveis graças às qualidades excepcionais do 17-4. Além disso, o endurecimento secundário é realizado durante o processo de sinterização, modificando certos parâmetros.

Como o 17-4 PH resiste à corrosão de forma semelhante ao 304L, ele é frequentemente usado em aplicações que exigem propriedades mecânicas.

Além disso, o MIM-17-4 PH é identificado por UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 e aço inoxidável 17-4 PH.

 

Composição de produtos químicos

A composição química do Aço Inoxidável 17-4 está listada abaixo, com elementos e suas respectivas porcentagens de peso:

• Ferro (Fe): Saldo (parte restante)
• Níquel (Ni): 3,00-5,00%
• Silício (Si): 1,00%
• Carbono (C): 0,07%
• Cromo (Cr): 15,50-17,50%
• Nióbio (Nb): 0,15-0,45%
• Manganês (Mn): 1,00%
• Cobre (Cu): 3,00-5,00%
• Enxofre (S): 0,03%

A composição garante a resistência do material, a resistência à corrosão e outras propriedades adequadas para diversas aplicações industriais.

O aço inoxidável MIM 17-4 PH normalmente apresenta qualidades mecânicas 10 a 25% inferiores às do aço forjado 17-4 PH. As principais causas incluem:

Falhas de sinterização incluem impurezas de carbono persistentes, poros retidos e grãos.
Perda de elementos induzida pela evaporação: Cr, Cu e Ni.
Inclusão de impurezas: O, C e N.

Com a sinterização mais lenta, a fase de austenita cúbica de face centrada é estabilizada por componentes de carbono e nitrogênio. Por outro lado, a ferrita delta cúbica de corpo centrado acelera o ritmo de sinterização. O aço inoxidável 17-4PH sofre reações de precipitação que resultam em alta dureza e resistência, enquanto a ferrita delta residual diminui a resistência. Além disso, a martensita ocorre durante a fase de resfriamento após a sinterização.

Um componente chave de Produto Mims é oxigênio. A área superficial inicial dos pós de aço inoxidável revestidos com óxidos é alta, e a quantidade de oxigênio varia dependendo do método de fabricação do pó. Altos níveis de oxigênio em peças MIM 17-4 PH resultam em baixa resistência à corrosão e características mecânicas inferiores, uma vez que esses óxidos anulam a capacidade do cromo de inibir a corrosão.

 

As Propriedades Típicas

Uma técnica sofisticada para a criação de peças complexas e de alto desempenho em aço inoxidável é a MIM. A temperatura de pico, a taxa de aquecimento, o ambiente, o tempo de espera e o tamanho das partículas do pó afetam a sinterização do aço inoxidável 17-4 PH. Inúmeros fatores impactam a composição da liga 17-4 PH, que por sua vez impacta as fases da microestrutura, o comportamento de sinterização e as características finais. Nitrogênio da atmosfera do processo, oxigênio do pó ou da atmosfera e carbono do pó ou do ligante são os principais componentes.

 

O equilíbrio ideal entre resistência, dureza e resistência à corrosão torna o 17-4 PH uma escolha popular. Produtos nas áreas de eletrônica, odontologia, medicina e aeroespacial encontram a combinação de qualidades atraente após o tratamento térmico, variando de acordo com a composição, com alterações em Fe, Ni, Cu e Cr. A temperatura do solidus é em torno de 1405 °C, e a do liquidus é de aproximadamente 1440 °C. As qualidades mecânicas são responsivas ao tratamento térmico; o alongamento da fratura varia de 8 a 14%, o limite de escoamento varia de 760 a 1240 MPa, a resistência à tração varia de 1000 a 1340 MPa e a dureza atinge 43 HRC.

 

A combinação excepcional de resistência, dureza e resistência à corrosão faz do aço inoxidável 17-4 PH a escolha preferida na indústria de moldagem por injeção de metais. O aço inoxidável martensítico mais comumente endurecido por precipitação é o 17-4 PH.

• Grande força
• Extremamente difícil
• Excelente resistência à corrosão
• Resistência a fraturas
• características do tratamento térmico e soldagem

 

Efeitos do ligante e do desligante

Para moldagem por injeção de aço inoxidável 17-4 PH, muitos sistemas de ligantes são usados; os mais populares são 60% de enchimento, 30% de estrutura principal e 10% de surfactante.

Como os ingredientes remanescentes do ligante alteram os níveis finais de oxigênio ou carbono, a remoção do ligante afeta as características finais. A despolimerização, ou extração por solvente, é a etapa inicial da remoção do ligante; por exemplo, a cera de parafina se dissolve em heptano e o polietilenoglicol se dissolve em água quente. Além disso, o ácido nítrico fumegante é usado na remoção catalítica do ligante para remover o polioximetileno. A melhor maneira de remover o ligante na segunda etapa da remoção do ligante é mantê-lo entre 600 e 1000 °C em um ambiente de hidrogênio. Essa fase é às vezes chamada de estágio inicial da sinterização.

 

Impacto do parâmetro de sinterização

Diversas variáveis ​​interagem durante a sinterização do aço inoxidável 17-4 PH para definir a densidade, fase, microestrutura e características finais. Os quatro componentes principais da análise estatística são tratamento térmico, atmosfera de sinterização, concentração inicial de oxigênio e tamanho de partícula.

A temperatura de sinterização tem a maior influência na densidade sinterizada.

 

O tamanho das partículas

A difusão superficial é o processo pelo qual ocorre a primeira ligação de partículas durante a sinterização; uma partícula menor com uma área superficial maior fortalecerá a ligação inicial. A adesão das partículas do polímero principal será substituída pela ligação por difusão superficial assim que a pirólise do ligante ocorrer. A difusão do contorno de grão precisa do crescimento do pescoço à medida que a ligação de sinterização entre as partículas metálicas aumenta, a fim de criar contornos de grão entre as partículas. Quando o contorno de grão se forma, o tamanho do grão desempenha um papel importante na sinterização quando a contração começa, e tem um efeito inverso na taxa de sinterização. No entanto, o impacto do tamanho inicial da partícula pode ser neutralizado por temperaturas de pico mais altas ou tempos de retenção mais longos.

 

A atmosfera

No aço inoxidável, as opções de ambiente de sinterização padrão incluem vácuo, hidrogênio, nitrogênio, hidrogênio-nitrogênio e argônio-hidrogênio.


As duas atmosferas de sinterização mais populares para aço inoxidável 17-4 PH são hidrogênio e vácuo. Há uma queda perceptível na óxido quando o carbono é adicionado. Tanto o silício quanto o cromo podem reter oxigênio sem a adição de carbono do grafite. A redução do óxido ocorre quando a temperatura e o nível de hidrogênio são altos; um ponto de orvalho baixo garantirá esse processo. A oxidação da superfície fria que ocorre após a sinterização criará um revestimento passivo de silício, ferro e cromo que resiste à corrosão.

Como um forte estabilizador de austenita, o nitrogênio tem impacto no desenvolvimento da martensita e nas características finais do aço inoxidável. À medida que esfria, o nitrogênio, que é solúvel em austenita, precipita como Cr2N. O cromo na região do contorno de grão será esgotado por essa precipitação, o que causará corrosão localizada rapidamente. Como resultado, devemos evitar que o nitrogênio entre na atmosfera de sinterização e resfriar os componentes abaixo de 900 °C a uma taxa de 200 °C por minuto. em aço inoxidável 17-4 PH para evitar a produção de nitreto de cromo.

O grafite também produz baixas pressões parciais de monóxido de carbono em fornos a vácuo, razão pela qual os fornos a vácuo de grafite são bem-sucedidos na sinterização a vácuo. A 1300 °C e uma baixa pressão parcial de CO de 0,001, ele pode converter óxido de crômio em crômio.

 

 

Temperatura e taxa de aquecimento

Os ciclos típicos de sinterização incluem processos de eliminação de impurezas e queima de ligantes, que envolvem aquecimento e manutenção em diversas temperaturas. Para a redução de impurezas, a temperatura ideal é próxima a 1000 °C, enquanto para a remoção final do polímero, é próxima a 600 °C.

O aço inoxidável 17-4PH sofre contração de sinterização em testes de dilatometria a uma taxa máxima de cerca de 1250 °C, enquanto a densidade total (98%) exige uma temperatura máxima de 1300 °C. O cobre e o cromo, no entanto, evaporam nessas altas temperaturas, o que pode causar perda de resistência ao tratamento térmico e à corrosão.

 

Além disso, a síntese de ferrita delta é auxiliada por temperaturas mais altas; por meio de difusão mais rápida, esta fase auxiliará na densificação final. Colônias brancas de ferrita delta e áreas escuras de poros circulares de óxido são visíveis no seguinte gráfico de microestrutura do MIM 17-4PH em sinterização.

A microestrutura do 1260 SS17-4 MIM

 

Controle de Carbono

Durante o processo de sinterização, o carbono é outro estabilizador da austenita. Maior resistência e dureza serão alcançadas com baixos níveis de carbono retido no 17-4, abaixo de 0,1% em peso. As fases, a densificação e as características mecânicas do aço inoxidável 17-4 PH serão impactadas pela alteração do teor de carbono.

 

O pó atomizado, os resíduos de ligante, o ciclo de desligante, o ambiente de sinterização, o oxigênio inicial e a temperatura de pico de sinterização do processo MIM são algumas das variáveis ​​que afetam o teor de carbono. O principal determinante do teor final de carbono durante a sinterização é o nível inicial de oxigênio. Por exemplo, 0,03% de carbono é perdido durante a sinterização por hidrogênio de pós atomizados a gás 17-4 a 1343 °C. Além disso, particularmente em temperaturas de sinterização mais baixas, os resíduos de ligante também podem causar contaminação por carbono.

Na sinterização a hidrogênio e a vácuo, a resistência à tração do aço inoxidável 17-4 é influenciada pelas quantidades de carbono retidas. Tanto no tratamento térmico H900 ou H1100, quanto na sinterização padrão de 1300 a 1360 °C, a imagem a seguir ilustra como a resistência à tração diminui visivelmente com o aumento do teor de carbono.

 

Mantendo o Tempo

Na sinterização, os tempos de espera na temperatura mais alta variam entre 60 e 120 minutos, conforme mostrado no gráfico de densidade sinterizada versus temperatura e tempo a seguir. À medida que a temperatura sobe de 1240 °C para 1360 °C, a densidade progressiva varia de 96,3% a 98,3%. Os compactos de sinterização atingem a densidade total (98%) após 60 minutos de espera. A porosidade é removida e a taxa de aniquilação dos poros diminui durante esta fase. A perda dos contornos de grão e a fadiga da porosidade são as principais causas.

 

Benefícios do MIM 17-4

Alta resistência à corrosão
Endurecimento por envelhecimento induzido por tratamento térmico
Resistência e durabilidade industrial
Excelente resistência ao calor
Ideal para geometria complicada do MIM

 

Características Mecânicas

Quanto aos dispositivos estruturais, utiliza-se o MIM 17-4 PH. As características comparáveis ​​favoritas são resistência, dureza e alongamento. Além disso, fadiga, limite de escoamento e tenacidade à fratura são questões impactadas por diversas variáveis ​​de processamento.

A imagem a seguir resume os parâmetros médios do 17-4 PH com base na análise estatística de diversos projetos de MIM. Os parâmetros de sinterização são responsáveis ​​por cerca de 60% da variação nas propriedades.

 

De acordo com o padrão industrial MIM, o aço inoxidável 17-4 PH deve apresentar uma resistência à tração mínima de 790 MPa, uma dureza de 27 HRC após a sinterização e uma dureza de 1070 MPa e 33 HRC após o tratamento térmico. 4% de alongamento para ambos. A resistência à tração do aço inoxidável 17-4PH após sinterização a 1350 °C e tratamento térmico H900 é de 1280 MPa para pó atomizado a gás e 1136 MPa para pó atomizado a água. Deve-se observar que o pó atomizado a gás pode atingir uma resistência à tração tratada termicamente de 1485 MPa com 9% de alongamento.

 

Resistência à corrosão

Quatro tipos de aço inoxidável sinterizado (304, 316, 430 e 17-4) são submetidos a ensaios de corrosão padrão em diversas situações. Os resultados mostram que o 17-4 é o menos resistente a essas condições. Além disso, como os poros nos componentes sinterizados causam corrosão localizada por polarização de concentração, o material forjado é mais resistente à corrosão do que o material sinterizado. A sinterização por hidrogênio e a atomização a gás são duas técnicas populares para melhorar a resistência à corrosão, pois o oxigênio residual é uma desvantagem.

A resistência à corrosão também está relacionada à biocompatibilidade. Quando comparado às ligas de titânio e cobalto, o aço inoxidável 17-4 PH apresenta boa citotoxicidade, mas carece de biocompatibilidade geral competitiva.

 

Mercado de aplicação de PH para MIM 17-4

O aço inoxidável 17-4 PH oferece excelentes qualidades mecânicas em temperaturas de até 350 °C. Além disso, é durável o suficiente para metais de vasos e soldas, e a deformação e a formação de crostas podem ser reduzidas pelo aquecimento a baixa temperatura por um breve período.

Devido à sua superior resistência à corrosão e ao calor, o aço inoxidável aeroespacial 17-4 é uma ótima opção para aplicações aeroespaciais. A alta pureza do pó e a densificação podem garantir a vida útil dos produtos MIM 17-4 e minimizar a variação de erros.

Veículos
O material mais utilizado na produção de automóveis é o aço inoxidável 17-4, pois é fácil de processar em uma variedade de formatos. Com durabilidade considerável, a tecnologia de moldagem por injeção de metal também aumenta sua capacidade de moldar geometrias complexas.

Clientes
Devido à sua excepcional resistência à corrosão, o 17-4 é amplamente utilizado em aplicações de consumo que utilizam a tecnologia MIM. Além disso, a resistência e a dureza excepcionais deste material garantem uma funcionalidade sem erros.

Para concluir

O MIM 17-4 PH faz avanços incríveis na otimização de propriedades estruturais. Para inúmeras aplicações adequadas, oferece uma variedade de combinações atraentes de propriedades sinterizadas. A temperatura de sinterização é o principal determinante dos atributos finais quando comparada ao tipo de pó, tamanho de partícula, densidade verde, tempo de retenção e outros parâmetros. Além disso, a fase presente nos materiais sinterizados afeta as propriedades sinterizadas.

Enquanto isso, o tratamento térmico pós-sinterização, a densidade sinterizada e a morfologia de fase afetam as características. Enquanto a densidade sinterizada determina as características, a Prensagem Isostática a Quente (HIP) as aprimora.

A moldagem por injeção de metal (MIM) está se tornando cada vez mais avançada com o aço inoxidável 17-4 PH. Para oferecer mais aplicações para o 17-4 PH sinterizado, a JHMIM conta com a base tecnológica MIM.