material mim oțel inoxidabil 17-4

MIM 17-4 PH Prezentare generală

Pe baza standardului AISI 17-4 PH, MIM 17-4 PH este un oțel inoxidabil martensitic care se întărește prin precipitare. Se distinge printr-un amestec de rezistență la coroziune și calități mecanice.

Unul dintre cele mai utilizate materiale MIM în sectorul turnării prin injecție a metalelor este oțelul inoxidabil 17-4 PH. Acest metal are o combinație excelentă de rezistență la coroziune, duritate și rezistență. Piesele complexe cu rezistență bună sunt posibile de calitățile excepționale ale lui 17-4. În plus, întărirea secundară se realizează în timpul procesului de sinterizare prin modificarea anumitor parametri.

Deoarece 17-4 PH rezistă la coroziune în mod similar cu 304L, este frecvent utilizat în aplicații care necesită proprietăți mecanice.

În plus, MIM-17-4 PH este identificat prin UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 și oțel inoxidabil 17-4 PH.

 

Compoziția substanțelor chimice

Compoziția chimică a oțelului inoxidabil 17-4 este enumerată mai jos, cu elementele și procentele lor în greutate:

• Fier (Fe):Sold (partea rămasă)
• Nichel (Ni):3,00-5,00%
• Siliciu (Si):1,00%
• Carbon (C):0,07%
• Crom (Cr):15,50-17,50%
• Niobiu (Nb):0,15-0,45%
• Mangan (Mn):1,00%
• Copper (Cu):3,00-5,00%
• sulf (S):0,03%

Compoziția asigură rezistența materialului, rezistența la coroziune și alte proprietăți potrivite pentru diverse aplicații industriale.

Oțelul inoxidabil MIM 17-4 PH are, de obicei, calități mecanice care sunt cu 10-25% mai slabe decât forjat 17-4 PH. Cauzele primare includ:

Defectele de sinterizare includ impurități persistente de carbon, pori reținuți și boabe.
Pierderea de elemente indusă de evaporare: Cr, Cu și Ni.
Incluziunea impurităților: O, C și N.

Cu sinterizarea încetinită, faza de austenită cubică centrată pe față este stabilizată de componentele de carbon și azot. Pe de altă parte, ferita delta cubică centrată pe corp va accelera ritmul de sinterizare. Oțelul inoxidabil 17-4PH suferă reacții de precipitare care au ca rezultat duritate și rezistență ridicate, în timp ce delta-ferita reziduală scade rezistența. În plus, martensita apare în timpul fazei de răcire după sinterizare.

O componentă cheie a produselor MIM este oxigenul. Suprafața inițială a pulberilor de oțel inoxidabil acoperite cu oxizi este mare, iar cantitatea de oxigen variază în funcție de metoda de fabricare a pulberii. Nivelurile ridicate de oxigen din piesele MIM 17-4 PH conduc la o rezistență scăzută la coroziune și la caracteristici mecanice inferioare, deoarece acești oxizi vor elimina capacitatea cromului de a inhiba coroziunea.

 

Proprietățile tipice

O tehnică sofisticată pentru crearea de piese complicate, de înaltă performanță din oțel inoxidabil este MIM. Temperatura de vârf, rata de încălzire, mediul înconjurător, durata de păstrare și dimensiunea particulelor de pulbere, toate afectează modul în care sinterizarea din oțel inoxidabil 17-4 PH. Numeroși factori influențează compoziția aliajului 17-4 PH, care la rândul său influențează fazele microstructurii, comportamentul de sinterizare și caracteristicile finale. Azotul din atmosfera procesului, oxigenul din pulbere sau atmosferă și carbonul din pulbere sau liant sunt componentele primare.

 

Echilibrul ideal de rezistență, duritate și rezistență la coroziune face ca 17-4 PH să fie o alegere populară. Produsele din domeniile electronică, stomatologie, medicină și aerospațială găsesc amestecul de calități atrăgător după tratamentul termic. variind în funcție de compoziție, cu modificări în Fe, Ni, Cu și Cr. Temperatura solidusului este de aproximativ 1405°C, iar cea a liquidus este de aproximativ 1440°C. Calitățile mecanice sunt sensibile la tratamentul termic; alungirea la rupere variază de la 8 la 14%, limita de curgere variază de la 760 la 1240 MPa, rezistența la tracțiune variază de la 1000 la 1340 MPa și duritatea ajunge la 43 HRC.

 

Combinația excepțională de rezistență, duritate și rezistență la coroziune face din oțelul inoxidabil 17-4 PH o alegere preferată în industria turnării prin injecție a metalelor. Oțelul inoxidabil martensitic care este cel mai frecvent întărit prin precipitare este 17-4 PH.

• Mare putere
• Extrem de greu
• Rezistență excelentă la coroziune
• Duritate pentru fracturi
• caracteristicile tratamentului termic și sudării

 

Efectele liantului și ale legăturii

Pentru turnarea prin injecție a oțelului inoxidabil 17-4 PH se folosesc multe sisteme de liant; cele mai populare sunt 60% umplutură, 30% coloană vertebrală și 10% surfactant.

Deoarece ingredientele de liant rămase vor modifica nivelurile finale de oxigen sau carbon, delegarea are un impact asupra caracteristicilor finale. Depolimerizarea sau extracția cu solvent este etapa inițială în delegare; de exemplu, ceara de parafină se dizolvă în heptan, iar polietilenglicolul se dizolvă în apă fierbinte. Mai mult, acidul azotic fumant este utilizat în delegarea catalitică pentru a îndepărta polioximetilena. Cea mai bună modalitate de a îndepărta liantul în a doua etapă de delegare este să-l mențineți la 600 până la 1000°C într-un mediu cu hidrogen. Această fază este uneori denumită etapa de început a sinterizării.

 

Impactul parametrului de sinterizare

Un număr de variabile interacționează în timpul sinterizării oțelului inoxidabil 17-4 PH pentru a defini densitatea finală, faza, microstructura și caracteristicile. Cele patru componente principale ale analizei statistice sunt tratamentul termic, atmosfera de sinterizare, concentrația inițială de oxigen și dimensiunea particulelor.

Temperatura de sinterizare are cea mai mare influență asupra densității de sinterizare.

 

Dimensiunea particulelor

Difuzia de suprafață este procesul prin care are loc prima legătură de particule în timpul sinterizării; o particulă mai mică cu o suprafață mai mare va întări legătura inițială. Adeziunea particulelor polimerului principal va fi înlocuită cu lipirea prin difuzie la suprafață odată ce are loc piroliza liantului. Difuzia granițelor are nevoie de creșterea gâtului, deoarece legătura de sinterizare între particulele de metal crește pentru a crea limite de granule între particule. Când se formează limita granulelor, dimensiunea granulelor joacă un rol major în sinterizare atunci când începe contracția și are un efect invers asupra ratei de sinterizare. Cu toate acestea, impactul dimensiunii inițiale a particulelor poate fi contracarat de temperaturi de vârf mai mari sau de timpi de reținere mai lungi.

 

Atmosfera

În oțel inoxidabil, opțiunile standard de mediu de sinterizare includ vid, hidrogen, azot, hidrogen-azot și argon-hidrogen.


Cele mai populare două atmosfere de sinterizare pentru oțel inoxidabil 17-4 PH sunt hidrogenul și vidul. Există o scădere vizibilă a oxidului atunci când se adaugă carbon. Atât siliciul, cât și cromul pot reține oxigenul fără adăugarea de carbon de grafit. Reducerea oxidului are loc atunci când temperatura este ridicată și nivelul de hidrogen este ridicat; un punct de rouă scăzut va garanta acest proces. Oxidarea la rece a suprafeței care are loc după sinterizare va crea o acoperire pasivă de siliciu, fier și crom care rezistă la coroziune.

Ca un puternic stabilizator de austenită, azotul are un impact asupra dezvoltării martensitei și asupra caracteristicilor finale ale oțelului inoxidabil. Pe măsură ce se răcește, azotul, care este solubil în austenită, precipită sub formă de Cr2N. Cromul din zona limită a granulelor va fi epuizat de acest precipitat, ceea ce va duce la apariția rapidă a coroziunii localizate. Ca urmare, trebuie să împiedicăm azotul să pătrundă în atmosfera de sinterizare și să răcim componentele sub 900°C într-un ritm de 200°C pe minut. din oțel inoxidabil 17-4 PH pentru a preveni producerea de nitrură de crom.

Grafitul produce, de asemenea, presiuni parțiale scăzute de monoxid de carbon în cuptoarele cu vid, motiv pentru care cuptoarele cu vid din grafit au succes în sinterizarea în vid. La 1300°C și o presiune parțială scăzută de CO de 0,001, poate transforma oxidul de crom în crom.

 

 

Temperatura și rata de încălzire

Ciclurile tipice de sinterizare includ eliminarea impurităților și procesele de ardere a lianților care presupun încălzirea și menținerea la diferite temperaturi. Pentru reducerea impurităților, temperatura ideală este aproape de 1000°C, în timp ce pentru îndepărtarea finală a polimerului, este aproape de 600°C.

Oțelul inoxidabil 17-4PH suferă o contracție prin sinterizare la testarea de dilatometrie la o rată de vârf de aproximativ 1250°C, în timp ce densitatea completă (98%) necesită o temperatură de vârf de 1300°C. Cuprul și cromul se vor evapora, totuși, la aceste temperaturi ridicate, provocând probabil o pierdere a tratamentului termic și a rezistenței la coroziune.

 

În plus, sinteza delta-feritei este ajutată de temperaturi mai mari; prin difuzie mai rapidă, această fază va ajuta la densificarea finală. Coloniile albe de delta-ferită și zonele întunecate ale porilor circulari de oxid sunt vizibile în următorul grafic de microstructură al MIM 17-4PH în sinterizare.

Microstructura lui 1260 SS17-4 MIM

 

Controlul carbonului

În timpul procesului de sinterizare, carbonul este un alt stabilizator de austenită. Rezistență și duritate mai mari vor fi obținute cu niveluri scăzute de conținut de carbon reținut în 17-4, sub 0,1 procente în greutate. Fazele, densificarea și caracteristicile mecanice ale oțelului inoxidabil 17-4 PH vor fi toate afectate de modificarea conținutului de carbon.

 

Pulberea atomizată a procesului MIM, reziduurile de liant, ciclul de delegare, mediul de sinterizare, oxigenul de pornire și temperatura maximă de sinterizare sunt câteva dintre variabilele care afectează nivelul de carbon. Principalul determinant al conținutului final de carbon în timpul sinterizării este nivelul inițial de oxigen. De exemplu, se pierde 0,03% carbon în timpul sinterizării cu hidrogen a 17-4 pulberi atomizate cu gaz la 1343°C. În plus, în special la temperaturi de sinterizare mai scăzute, reziduurile de liant pot provoca, de asemenea, contaminarea cu carbon.

În hidrogen și sinterizarea în vid, rezistența la tracțiune a oțelului inoxidabil 17-4 este influențată de cantitățile de carbon care sunt reținute. Fie în tratamentul termic H900 sau H1100, fie în sinterizarea standard la 1300 până la 1360°C. Următoarea imagine ilustrează modul în care rezistența la tracțiune scade considerabil pe măsură ce crește conținutul de carbon.

 

Menținerea timpului

La sinterizare, timpii de menținere la cea mai mare temperatură se încadrează între 60 și 120 de minute. din graficul densității sinterizate în funcție de temperatură și timp care urmează. Pe măsură ce temperatura crește de la 1240°C la 1360°C, aceasta prezintă o densitate progresivă de la 96,3% la 98,3%. Compactele de sinterizare ating densitatea maximă (98%), după 60 de minute de păstrare. Porozitatea este îndepărtată și rata de anihilare a porilor este scăzută în această fază. Pierderea granițelor și oboseala porozității sunt cauzele principale.

 

Beneficiile MIM 17-4

Rezistență ridicată la coroziune
Întărirea în vârstă indusă de tratament termic
Rezistență și durabilitate industrială
Rezistență remarcabilă la căldură
Ideal pentru geometria complicată a MIM

 

Caracteristici mecanice

În ceea ce privește dispozitivele structurale, se folosește MIM 17-4 PH. Caracteristicile comparabile preferate sunt rezistența, duritatea și alungirea. În plus, oboseala, limita de curgere și duritatea la rupere sunt probleme care sunt afectate de mai multe variabile de procesare.

Următoarea imagine rezumă parametrii medii de 17-4 PH pe baza analizei statistice a mai multor proiecte MIM. Parametrii de sinterizare sunt responsabili pentru aproximativ 60% din variația proprietăților.

 

Conform standardului industrial MIM, oțelul inoxidabil 17-4 PH trebuie să aibă o rezistență minimă la tracțiune de 790 MPa, o duritate de 27 HRC după sinterizare și o duritate de 1070 MPa și 33 HRC după tratarea termică. 4% alungire pentru ambele. Rezistența la tracțiune a oțelului inoxidabil 17-4PH după sinterizarea la 1350°C și tratamentul termic H900 este de 1280 MPa pentru pulberea atomizată cu gaz și 1136 MPa pentru pulberea atomizată cu apă. Trebuie remarcat faptul că pulberea atomizată cu gaz poate atinge o rezistență la tracțiune tratată termic de 1485 MPa cu o alungire de 9%.

 

Rezistenta la coroziune

Patru tipuri de oțel inoxidabil sinterizat (304, 316, 430 și 17-4) sunt supuse testelor standard de coroziune într-o varietate de situații. Rezultatele arată că 17-4 este cel mai puțin rezistent la aceste condiții. În plus, deoarece porii de pe componentele sinterizate cauzează coroziune locală prin polarizarea concentrației, materialul forjat este mai rezistent la coroziune decât materialul sinterizat. Sinterizarea cu hidrogen și pulberea atomizată cu gaz sunt două tehnici populare pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune, deoarece oxigenul rezidual este un dezavantaj.

Rezistența la coroziune este, de asemenea, legată de biocompatibilitate. În comparație cu aliajele de titan și cobalt, oțelul inoxidabil 17-4 PH are o citotoxicitate bună, dar nu are o biocompatibilitate globală competitivă.

 

Piața de aplicații PH pentru MIM 17-4

Calitățile mecanice remarcabile sunt asigurate de oțelul inoxidabil 17-4 PH la temperaturi de până la 350°C. În plus, este suficient de durabil atât pentru vază de metal, cât și pentru suduri, iar deformarea și detartrarea pot fi reduse prin încălzire la o temperatură scăzută pentru o perioadă scurtă.

Datorită rezistenței sale superioare la coroziune și căldură, oțelul inoxidabil aerospațial 17-4 este o alegere excelentă pentru aplicațiile aerospațiale. Puritatea și densificarea ridicată a pulberii pot asigura durata de viață a produselor MIM 17-4 și pot minimiza modificarea erorilor.

Vehicule
Cel mai utilizat material în producția de automobile este oțelul inoxidabil 17-4, deoarece este simplu de prelucrat într-o varietate de forme. Cu o durabilitate considerabilă, tehnologia de turnare prin injecție a metalului își mărește și capacitatea de geometrie complexă.

Clienții
Datorită rezistenței sale excepționale la coroziune, 17-4 este utilizat pe scară largă în aplicațiile consumatorilor care utilizează tehnologia MIM. În plus, rezistența și duritatea excepționale ale acestui material garantează funcționalitate fără erori.

În concluzie

MIM 17-4 PH face progrese uimitoare în optimizarea proprietăților structurale. Pentru numeroase aplicații adecvate, oferă o varietate de combinații atrăgătoare de proprietăți sinterizate. Temperatura de sinterizare este determinantul principal al atributelor finale în comparație cu tipul de pulbere, dimensiunea particulelor, densitatea verde, durata de păstrare și alți parametri. În plus, faza care este prezentă în materialele sinterizate afectează proprietățile sinterizate.

Între timp, tratamentul termic post-sinterizare, densitatea sinterizată și morfologia fazei afectează toate caracteristicile. În timp ce densitatea sinterizată determină caracteristicile, presarea izostatică la cald (HIP) le îmbunătățește.

Turnarea prin injecție a metalelor (MIM) devine din ce în ce mai avansată cu oțel inoxidabil 17-4 PH. Pentru a oferi aplicații suplimentare pentru 17-4 PH sinterizat, JHMIM depinde de baza tehnologică MIM.