mim materiál nehrdzavejúca oceľ 17-4

Prehľad MIM 17-4 PH

Na základe normy AISI 17-4 PH je MIM 17-4 PH martenzitická precipitačne kalená nehrdzavejúca oceľ. Vyznačuje sa kombináciou odolnosti voči korózii a mechanických vlastností.

Jedným z najpoužívanejších materiálov MIM v sektore vstrekovania kovov je nehrdzavejúca oceľ 17-4 PH. Tento kov má skvelú kombináciu odolnosti proti korózii, tvrdosti a pevnosti. Komplexné kusy s dobrou pevnosťou sú možné vďaka výnimočným vlastnostiam 17-4. Okrem toho sa sekundárne vytvrdzovanie uskutočňuje počas procesu spekania úpravou určitých parametrov.

Keďže 17-4 PH odoláva korózii podobne ako 304L, často sa používa v aplikáciách vyžadujúcich mechanické vlastnosti.

Okrem toho je MIM-17-4 PH identifikovaný UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 a nehrdzavejúca oceľ 17-4 PH.

 

Zloženie chemikálií

Chemické zloženie nehrdzavejúcej ocele 17-4 je uvedené nižšie s prvkami a ich príslušnými hmotnostnými percentami:

• Železo (Fe):Zostatok (zvyšná časť)
• Nikel (Ni):3,00 – 5,00 %
• Kremík (Si):1,00 %
• Uhlík (C):0,07 %
• Chróm (Cr):15,50 – 17,50 %
• Niób (Nb):0,15 – 0,45 %
• Mangán (Mn):1,00 %
• Meď (Cu):3,00 – 5,00 %
• Síra (S):0,03 %

Zloženie zaisťuje pevnosť materiálu, odolnosť proti korózii a ďalšie vlastnosti vhodné pre rôzne priemyselné aplikácie.

Nerezová oceľ MIM 17-4 PH má zvyčajne mechanické vlastnosti, ktoré sú o 10–25 % horšie ako tvárnené 17-4 PH. Medzi hlavné príčiny patria:

Chyby spekania zahŕňajú pretrvávajúce uhlíkové nečistoty, zadržané póry a zrná.
Strata prvkov vyvolaná odparovaním: Cr, Cu a Ni.
Zahrnutie nečistôt: O, C a N.

Pri spomalení spekania je tvárne centrovaná fáza kubického austenitu stabilizovaná uhlíkovými a dusíkovými zložkami. Na druhej strane, na telo centrovaný kubický delta ferit urýchli tempo spekania. Nerezová oceľ 17-4PH podlieha precipitačným reakciám, ktoré vedú k vysokej tvrdosti a pevnosti, zatiaľ čo zvyškový delta-ferit pevnosť znižuje. Okrem toho sa martenzit vyskytuje počas chladiacej fázy po spekaní.

Kľúčovou zložkou produktov MIM je kyslík. Počiatočná plocha povrchu práškov z nehrdzavejúcej ocele potiahnutých oxidmi je vysoká a množstvo kyslíka sa mení v závislosti od spôsobu výroby prášku. Vysoké hladiny kyslíka v častiach MIM 17-4 PH vedú k zlej odolnosti voči korózii a horším mechanickým vlastnostiam, pretože tieto oxidy odoberajú chrómu schopnosť inhibovať koróziu.

 

Typické vlastnosti

Sofistikovanou technikou na vytváranie zložitých, vysokovýkonných dielov z nehrdzavejúcej ocele je MIM. Špičková teplota, rýchlosť ohrevu, prostredie, doba výdrže a veľkosť častíc prášku ovplyvňujú spekanie nehrdzavejúcej ocele 17-4 PH. Množstvo faktorov ovplyvňuje zloženie zliatiny 17-4 PH, čo následne ovplyvňuje fázy mikroštruktúry, správanie pri spekaní a konečné vlastnosti. Primárnymi zložkami sú dusík z procesnej atmosféry, kyslík z prášku alebo atmosféry a uhlík z prášku alebo spojiva.

 

Ideálna rovnováha medzi pevnosťou, tvrdosťou a odolnosťou proti korózii robí z 17-4 PH obľúbenú voľbu. Produkty z oblasti elektroniky, zubného lekárstva, medicíny a letectva sú po tepelnom spracovaní príťažlivé. meniace sa podľa zloženia so zmenami Fe, Ni, Cu a Cr. Teplota solidu je okolo 1405 °C a teplota likvidu je približne 1440 °C. Mechanické vlastnosti reagujú na tepelné spracovanie; lomové predĺženie sa pohybuje od 8 do 14 %, medza klzu sa pohybuje od 760 do 1240 MPa, pevnosť v ťahu od 1000 do 1340 MPa a tvrdosť dosahuje 43 HRC.

 

Výnimočná kombinácia pevnosti, tvrdosti a odolnosti proti korózii robí z nehrdzavejúcej ocele 17-4 PH preferovanú voľbu v priemysle vstrekovania kovov. Martenzitická nehrdzavejúca oceľ, ktorá je najčastejšie precipitátne kalená, má 17-4 PH.

• Veľká sila
• Mimoriadne ťažké
• Vynikajúca odolnosť proti korózii
• Húževnatosť pre zlomeniny
• vlastnosti tepelného spracovania a zvárania

 

Účinky spojiva a rozviazania

Na vstrekovanie nehrdzavejúcej ocele 17-4 PH sa používa veľa systémov spojív; najobľúbenejšie sú 60 % plniva, 30 % kostry a 10 % povrchovo aktívnej látky.

Pretože zvyšné zložky spojiva zmenia konečnú hladinu kyslíka alebo uhlíka, odstraňovanie väzieb má vplyv na konečné vlastnosti. Depolymerizácia alebo extrakcia rozpúšťadlom je počiatočným krokom pri odstraňovaní väzieb; napríklad parafínový vosk sa rozpúšťa v heptáne a polyetylénglykol sa rozpúšťa v horúcej vode. Okrem toho sa pri katalytickom odstraňovaní polyoxymetylénu používa dymivá kyselina dusičná. Najlepší spôsob, ako odstrániť spojivo v druhej fáze odstraňovania spojov, je udržiavať ho pri teplote 600 až 1000 °C vo vodíkovom prostredí. Táto fáza sa niekedy označuje ako počiatočná fáza spekania.

 

Vplyv parametra spekania

Počas spekania nehrdzavejúcej ocele 17-4 PH interaguje množstvo premenných, ktoré definujú konečnú hustotu, fázu, mikroštruktúru a charakteristiky. Štyri primárne zložky štatistickej analýzy sú tepelné spracovanie, spekacia atmosféra, počiatočná koncentrácia kyslíka a veľkosť častíc.

Teplota spekania má najväčší vplyv na hustotu spekania.

 

Veľkosť častíc

Povrchová difúzia je proces, pri ktorom dochádza k prvému spájaniu častíc počas spekania; menšia častica s väčším povrchom posilní počiatočnú väzbu. Priľnavosť častíc základného polyméru bude nahradená povrchovou difúznou väzbou, keď dôjde k pyrolýze spojiva. Difúzia po hraniciach zŕn si vyžaduje rast hrdla, pretože sa zvyšuje spekacia väzba medzi kovovými časticami, aby sa vytvorili hranice zŕn medzi časticami. Keď sa vytvorí hranica zŕn, veľkosť zŕn hrá hlavnú úlohu pri spekaní, keď sa začína zmršťovanie, a má inverzný vplyv na rýchlosť spekania. Avšak vplyv počiatočnej veľkosti častíc môže byť vyvážený vyššími špičkovými teplotami alebo dlhšími časmi zdržania.

 

Atmosféra

V nehrdzavejúcej oceli štandardné možnosti prostredia spekania zahŕňajú vákuum, vodík, dusík, vodík-dusík a argón-vodík.


Dve najpopulárnejšie spekacie atmosféry pre nehrdzavejúcu oceľ 17-4 PH sú vodík a vákuum. Pri pridávaní uhlíka dochádza k výraznému poklesu oxidu. Kremík aj chróm môžu zadržiavať kyslík bez pridania uhlíka grafitu. K redukcii oxidov dochádza, keď je teplota vysoká a hladina vodíka je vysoká; nízky rosný bod zaručí tento proces. Studená povrchová oxidácia, ku ktorej dochádza po spekaní, vytvorí pasívny povlak kremíka, železa a chrómu, ktorý odoláva korózii.

Ako silný stabilizátor austenitu má dusík vplyv na vývoj martenzitu a konečné vlastnosti nehrdzavejúcej ocele. Pri ochladzovaní sa dusík, ktorý je rozpustný v austenite, vyzráža ako Cr2N. Chróm v oblasti hraníc zŕn bude touto zrazeninou vyčerpaný, čo spôsobí rýchly výskyt lokalizovanej korózie. V dôsledku toho musíme zabrániť vstupu dusíka do aglomeračnej atmosféry a chladiť komponenty pod 900 °C rýchlosťou 200 °C za minútu. v nerezovej oceli 17-4 PH, aby sa zabránilo tvorbe nitridu chrómu.

Grafit tiež produkuje nízke parciálne tlaky oxidu uhoľnatého vo vákuových peciach, a preto sú grafitové vákuové pece úspešné pri vákuovom spekaní. Pri 1300 °C a nízkom parciálnom tlaku CO 0,001 dokáže premeniť oxid chrómu na chróm.

 

 

Teplota a rýchlosť ohrevu

Typické cykly spekania zahŕňajú procesy odstraňovania nečistôt a vyhorenia spojiva, ktoré zahŕňajú zahrievanie a udržiavanie pri rôznych teplotách. Pre redukciu nečistôt je ideálna teplota blízka 1000 °C, zatiaľ čo pre konečné odstránenie polyméru je blízka 600 °C.

Nehrdzavejúca oceľ 17-4PH podlieha spekaciemu zmrašťovaniu pri dilatometrickom testovaní pri maximálnej rýchlosti približne 1250 °C, zatiaľ čo plná hustota (98 %) vyžaduje maximálnu teplotu 1300 °C. Meď a chróm sa však pri týchto vysokých teplotách vyparujú, čo môže spôsobiť stratu tepelného spracovania a odolnosti voči korózii.

 

Okrem toho syntéze delta-feritu napomáhajú vyššie teploty; rýchlejšou difúziou táto fáza napomôže konečnému zahusteniu. Na nasledujúcom grafe mikroštruktúry MIM 17-4PH pri spekaní sú viditeľné biele delta-feritové kolónie a tmavé oblasti kruhových pórov oxidu.

Mikroštruktúra 1260 SS17-4 MIM

 

Kontrola uhlíka

Počas procesu spekania je uhlík ďalším stabilizátorom austenitu. Vyššia pevnosť a tvrdosť sa dosiahne s nízkym obsahom uhlíka 17-4, pod 0,1 hmotnostného percenta. Fázy, zhutnenie a mechanické vlastnosti nehrdzavejúcej ocele 17-4 PH budú ovplyvnené zmenou obsahu uhlíka.

 

Atomizovaný prášok procesu MIM, zvyšky spojiva, cyklus odstraňovania spojív, prostredie spekania, počiatočný kyslík a maximálna teplota spekania sú niektoré z premenných, ktoré ovplyvňujú hladinu uhlíka. Primárnym determinantom konečného obsahu uhlíka počas spekania je počiatočná hladina kyslíka. Napríklad 0,03 % uhlíka sa stratí počas vodíkového spekania 17-4 práškov atomizovaných plynom pri 1343 °C. Okrem toho, najmä pri nižších teplotách spekania, môžu zvyšky spojiva tiež spôsobiť kontamináciu uhlíkom.

Pri vodíkovom a vákuovom spekaní je pevnosť v ťahu nehrdzavejúcej ocele 17-4 ovplyvnená množstvom zadržaného uhlíka. Buď pri tepelnom spracovaní H900 alebo H1100, alebo pri štandardnom spekaní pri 1300 až 1360°C. Nasledujúci obrázok ilustruje, ako výrazne klesá pevnosť v ťahu so stúpajúcim obsahom uhlíka.

 

Udržiavanie času

Pri spekaní klesajú doby zdržania pri najvyššej teplote medzi 60 a 120 minút. z grafu sintrovanej hustoty v závislosti od teploty a času, ktorý nasleduje. Keď teplota stúpa z 1240 °C na 1360 °C, vykazuje progresívnu hustotu z 96,3 % na 98,3 %. Spekané výlisky dosiahnu plnú hustotu (98 %) po 60 minútach držania. Počas tejto fázy sa odstráni pórovitosť a zníži sa rýchlosť anihilácie pórov. Hlavnými príčinami sú strata hraníc zŕn a únava pórovitosti.

 

Výhody MIM 17-4

Vysoká odolnosť proti korózii
Vytvrdzovanie starnutím vyvolané tepelným spracovaním
Priemyselná pevnosť a odolnosť
Vynikajúca odolnosť voči teplu
Ideálne pre komplikovanú geometriu MIM

 

Mechanické vlastnosti

Pokiaľ ide o konštrukčné zariadenia, používa sa MIM 17-4 PH. Obľúbené porovnateľné vlastnosti sú pevnosť, tvrdosť a ťažnosť. Okrem toho únava, medza klzu a lomová húževnatosť sú problémy, ktoré sú ovplyvnené niekoľkými premennými spracovania.

Nasledujúci obrázok sumarizuje priemerné parametre 17-4 PH na základe štatistickej analýzy niekoľkých projektov MIM. Parametre spekania sú zodpovedné za približne 60 % zmien vlastností.

 

Podľa priemyselnej normy MIM musí mať nehrdzavejúca oceľ 17-4 PH minimálnu pevnosť v ťahu 790 MPa, tvrdosť 27 HRC po spekaní a tvrdosť 1070 MPa a 33 HRC po tepelnom spracovaní. 4% predĺženie pre obe. Pevnosť v ťahu nehrdzavejúcej ocele 17-4PH po spekaní pri 1350 °C a tepelnom spracovaní H900 je 1280 MPa pre prášok atomizovaný plynom a 1136 MPa pre prášok atomizovaný vodou. Je potrebné poznamenať, že plynom atomizovaný prášok môže dosiahnuť tepelne spracovanú pevnosť v ťahu 1485 MPa s 9 % predĺžením.

 

Odolnosť proti korózii

Štyri typy spekanej nehrdzavejúcej ocele (304, 316, 430 a 17-4) sa podrobujú štandardnému testovaniu korózie v rôznych situáciách. Výsledky ukazujú, že 17-4 je najmenej odolný voči týmto podmienkam. Okrem toho, pretože póry na spekaných komponentoch spôsobujú lokálnu koróziu koncentračnou polarizáciou, tvárny materiál je odolnejší voči korózii ako spekaný materiál. Spekanie vodíka a plynom atomizovaný prášok sú dve populárne techniky na zlepšenie odolnosti proti korózii, pretože nevýhodou je zvyškový kyslík.

S biokompatibilitou súvisí aj odolnosť proti korózii. V porovnaní so zliatinami titánu a kobaltu má nehrdzavejúca oceľ 17-4 PH dobrú cytotoxicitu, ale chýba jej konkurencieschopná celková biokompatibilita.

 

Trh aplikácií PH pre MIM 17-4

Vynikajúce mechanické vlastnosti poskytuje nehrdzavejúca oceľ 17-4 PH pri teplotách až 350 °C. Okrem toho je dostatočne odolný pre kovy vázy aj zvary a deformáciu a tvorbu vodného kameňa možno znížiť krátkym ohrevom pri nízkej teplote.

Vďaka svojej vynikajúcej odolnosti proti korózii a teplu je nehrdzavejúca oceľ 17-4 pre letectvo a kozmonautiku skvelou voľbou pre letecké aplikácie. Vysoká čistota a zahustenie prášku môže zabezpečiť životnosť produktov MIM 17-4 a minimalizovať zmeny chýb.

Vozidlá
Najpoužívanejším materiálom pri výrobe automobilov je nehrdzavejúca oceľ 17-4, pretože sa jednoducho spracováva do rôznych tvarov. Vďaka značnej odolnosti zvyšuje technológia vstrekovania kovov aj svoju kapacitu pre komplexnú geometriu.

zákazníkov
Vďaka svojej výnimočnej odolnosti proti korózii sa 17-4 široko používa v spotrebiteľských aplikáciách využívajúcich technológiu MIM. Mimoriadna pevnosť a tvrdosť tohto materiálu navyše zaručuje bezchybnú funkčnosť.

Na záver

MIM 17-4 PH robí úžasné pokroky v optimalizácii štrukturálnych vlastností. Pre množstvo vhodných aplikácií ponúka množstvo atraktívnych kombinácií spekaných vlastností. Teplota spekania je primárnym determinantom konečných vlastností v porovnaní s typom prášku, veľkosťou častíc, hustotou surového materiálu, dobou výdrže a inými parametrami. Okrem toho fáza, ktorá je prítomná v spekaných materiáloch, ovplyvňuje spekané vlastnosti.

Medzitým tepelné spracovanie po spekaní, hustota spekania a fázová morfológia ovplyvňujú charakteristiky. Zatiaľ čo spekaná hustota určuje charakteristiky, izostatické lisovanie za tepla (HIP) ich zlepšuje.

Metal Injection Molding (MIM) je čoraz pokročilejší s nehrdzavejúcou oceľou 17-4 PH. Aby bolo možné ponúknuť ďalšie aplikácie pre spekané 17-4 PH, JHMIM závisí od technologickej základne MIM.