mim material rostfritt stål 17-4

MIM 17-4 PH Översikt

Baserat på AISI 17-4 PH-standarden är MIM 17-4 PH ett martensitiskt nederbördshärdande rostfritt stål. Det kännetecknas av en blandning av korrosionsbeständighet och mekaniska egenskaper.

Ett av de mest använda MIM-materialen inom metallformsprutningssektorn är 17-4 PH rostfritt stål. Denna metall har en fantastisk blandning av korrosionsbeständighet, hårdhet och styrka. Komplexa bitar med god styrka möjliggörs av 17-4:s exceptionella egenskaper. Vidare utförs sekundär härdning under sintringsprocessen genom att modifiera vissa parametrar.

Eftersom 17-4 PH motstår korrosion på samma sätt som 304L, används det ofta i applikationer som kräver mekaniska egenskaper.

Dessutom identifieras MIM-17-4 PH av UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 och rostfritt stål 17-4 PH.

 

Sammansättning av kemikalier

Den kemiska sammansättningen av rostfritt stål 17-4 listas nedan, med grundämnen och deras respektive viktprocent:

• Järn (Fe):Saldo (återstående del)
• Nickel (Ni):3,00–5,00 %
• Kisel (Si):1,00 %
• Kol (C):0,07 %
• Krom (Cr):15,50–17,50 %
• Niob (Nb):0,15–0,45 %
• Mangan (Mn):1,00 %
• Koppar (Cu):3,00–5,00 %
• Svavel (S):0,03 %

Sammansättningen säkerställer materialets styrka, korrosionsbeständighet och andra egenskaper lämpliga för olika industriella tillämpningar.

MIM 17-4 PH rostfritt stål har vanligtvis mekaniska egenskaper som är 10–25 % sämre än bearbetade 17-4 PH. De primära orsakerna inkluderar:

Sintringsbrister inkluderar kvardröjande kolföroreningar, kvarhållna porer och korn.
Avdunstningsinducerad förlust av element: Cr, Cu och Ni.
Inkludering av föroreningar: O, C och N.

Med långsam sintring stabiliseras den ansiktscentrerade kubiska austenitfasen av kol- och kvävekomponenter. Å andra sidan kommer kroppscentrerad kubisk deltaferrit att accelerera sintringstakten. Rostfritt stål 17-4PH genomgår utfällningsreaktioner som resulterar i hög hårdhet och hållfasthet, medan kvarvarande delta-ferrit minskar hållfastheten. Dessutom förekommer martensit under avkylningsfasen efter sintring.

En nyckelkomponent i MIM-produkter är syre. Den initiala ytan för pulver av rostfritt stål belagda med oxider är hög, och mängden syre varierar beroende på pulvertillverkningsmetoden. Höga syrehalter i MIM 17-4 PH delar leder till dålig korrosionsbeständighet och sämre mekaniska egenskaper eftersom dessa oxider tar bort kroms förmåga att hämma korrosion.

 

Typiska egenskaper

En sofistikerad teknik för att skapa intrikata, högpresterande delar av rostfritt stål är MIM. Topptemperatur, uppvärmningshastighet, miljö, hålltid och pulverpartikelstorlek påverkar alla hur rostfritt stål 17-4 PH sintrar. Många faktorer påverkar sammansättningen av 17-4 PH-legeringen, vilket i sin tur påverkar mikrostrukturfaserna, sintringsbeteendet och slutliga egenskaper. Kväve från processatmosfären, syre från pulvret eller atmosfären och kol från pulvret eller bindemedlet är de primära komponenterna.

 

Den idealiska balansen mellan styrka, hårdhet och korrosionsbeständighet gör 17-4 PH till ett populärt val. Produkter inom områdena elektronik, tandvård, medicin och flygindustrin finner mixen av kvaliteter tilltalande efter värmebehandling. varierar beroende på sammansättningen, med förändringar i Fe, Ni, Cu och Cr. Temperaturen för solidus är cirka 1405°C, och den för liquidus är cirka 1440°C. De mekaniska egenskaperna är känsliga för värmebehandling; brotttöjningen sträcker sig från 8 till 14 %, sträckgränsen varierar från 760 till 1240 MPa, draghållfastheten varierar från 1000 till 1340 MPa, och hårdheten når 43 HRC.

 

Den exceptionella kombinationen av styrka, hårdhet och korrosionsbeständighet gör 17-4 PH rostfritt stål till ett föredraget val inom metallformsprutningsindustrin. Det martensitiska rostfria stålet som oftast är nederbördshärdat är 17-4 PH.

• Stor styrka
• Extremt jobbigt
• Utmärkt motståndskraft mot korrosion
• Seghet för frakturer
• egenskaper hos värmebehandling och svetsning

 

Effekter av bindemedel och avbindning

För formsprutning av rostfritt stål 17-4 PH används många bindemedelssystem; de mest populära är 60 % fyllmedel, 30 % ryggrad och 10 % ytaktivt ämne.

Eftersom överblivna bindemedelsingredienser kommer att förändra de slutliga syre- eller kolnivåerna, har avbindning en inverkan på de slutliga egenskaperna. Depolymerisation eller lösningsmedelsextraktion är det första steget i avbindningen; till exempel löses paraffinvax i heptan och polyetylenglykol i varmt vatten. Dessutom används rykande salpetersyra vid katalytisk avbindning för att avlägsna polyoximetylen. Det bästa sättet att ta bort bindemedlet i det andra steget av avbindningen är att hålla det vid 600 till 1000°C i en vätemiljö. Denna fas kallas ibland för sintringsstartsteget.

 

Sintringsparameter Inverkan

Ett antal variabler interagerar under sintringen av rostfritt stål 17-4 PH för att definiera den slutliga densiteten, fasen, mikrostrukturen och egenskaperna. De fyra primära komponenterna i statistisk analys är värmebehandling, sintringsatmosfär, initial syrekoncentration och partikelstorlek.

Sintringstemperaturen har störst inverkan på sintringsdensiteten.

 

Storleken på partiklar

Ytdiffusion är den process genom vilken den första partikelbindningen under sintring äger rum; en mindre partikel med en större yta kommer att stärka den initiala bindningen. Ryggradens polymerens partikelvidhäftning kommer att ersättas av ytdiffusionsbindning när bindemedelspyrolys äger rum. Korngränsdiffusion behöver halstillväxt eftersom sintringsbindningen mellan metallpartiklar ökar för att skapa korngränser mellan partiklar. När korngränsen bildas spelar kornstorleken en stor roll vid sintring när krympningen börjar, och det har en omvänd effekt på sintringshastigheten. Inverkan av initial partikelstorlek kan emellertid motverkas av högre topptemperaturer eller längre hålltider.

 

Atmosfären

I rostfritt stål inkluderar standardalternativen för sintringsmiljö vakuum, väte, kväve, väte-kväve och argon-väte.


De två mest populära sintringsatmosfärerna för rostfritt stål 17-4 PH är väte och vakuum. Det finns en märkbar minskning av oxid när kol tillsätts. Både kisel och krom kan hålla på syre utan tillsats av kol av grafit. Oxidreduktion sker när temperaturen är hög och vätenivån är hög; en låg daggpunkt garanterar denna process. Den kalla ytoxidationen som uppstår efter sintring skapar en passiv beläggning av kisel, järn och krom som motstår korrosion.

Som en stark austenitstabilisator har kväve en inverkan på utvecklingen av martensit och de ultimata egenskaperna hos rostfritt stål. När det svalnar fälls kväve, som är lösligt i austenit, ut som Cr2N. Kromet i korngränsområdet kommer att utarmas av denna fällning, vilket gör att lokal korrosion uppstår snabbt. Som ett resultat måste vi förhindra att kväve kommer in i sintringsatmosfären och kyla komponenterna under 900°C med en hastighet av 200°C per minut. i rostfritt stål 17-4 PH för att förhindra produktion av kromnitrid.

Grafit producerar också låga partialtryck av kolmonoxid i vakuumugnar, vilket är anledningen till att grafitvakuumugnar är framgångsrika vid vakuumsintring. Vid 1300°C och ett lågt CO-partialtryck på 0,001 kan den omvandla kromoxid till krom.

 

 

Temperatur och uppvärmningshastighet

Typiska sintringscykler inkluderar föroreningseliminering och bindemedelsutbränningsprocesser som innebär uppvärmning och hållning vid olika temperaturer. För reduktion av föroreningar är den idealiska temperaturen nära 1000°C, medan den för slutligt polymeravlägsnande är nära 600°C.

Rostfritt stål 17-4PH genomgår sintringskrympning vid dilatometritestning med en topphastighet på cirka 1250°C, medan full densitet (98%) kräver en topptemperatur på 1300°C. Koppar och krom kommer dock att avdunsta vid dessa höga temperaturer, vilket kanske orsakar förlust av värmebehandling och korrosionsbeständighet.

 

Dessutom underlättas syntesen av delta-ferrit av högre temperaturer; genom snabbare diffusion kommer denna fas att bidra till den slutliga förtätningen. Vita delta-ferritkolonier och mörka områden med cirkulära oxidporer är synliga i följande mikrostrukturdiagram av MIM 17-4PH vid sintring.

Mikrostrukturen för 1260 SS17-4 MIM

 

Kontroll av kol

Under sintringsprocessen är kol en annan austenitstabilisator. Högre hållfasthet och hårdhet kommer att uppnås med låga nivåer av bibehållet kolinnehåll i 17-4, under 0,1 viktprocent. Rostfritt stål 17-4 PHs faser, förtätning och mekaniska egenskaper kommer alla att påverkas av förändringen av kolinnehållet.

 

MIM-processens finfördelade pulver, bindemedelsrester, avbindningscykel, sintringsmiljö, startsyre och toppsintringstemperatur är några av de variabler som påverkar kolnivån. Den primära bestämningsfaktorn för den slutliga kolhalten under sintring är den initiala syrenivån. Till exempel förloras 0,03 % kol under vätesintring av 17-4 gasatomiserade pulver vid 1343°C. Vidare, särskilt vid lägre sintringstemperaturer, kan bindemedelsrester också orsaka kolkontamination.

Vid väte- och vakuumsintring påverkas draghållfastheten hos rostfritt stål 17-4 av mängden kol som hålls kvar. I antingen H900 eller H1100 värmebehandling, eller i standardsintring vid 1300 till 1360°C. Följande bild illustrerar hur draghållfastheten minskar märkbart när kolhalten ökar.

 

Upprätthålla tid

Vid sintring faller hålltiderna vid den högsta temperaturen mellan 60 och 120 minuter. från grafen för sintrad densitet mot temperatur och tid som följer. När temperaturen stiger från 1240°C till 1360°C visar den en progressiv densitet från 96,3% till 98,3%. Sintringspresskropparna uppnår full densitet (98 %) efter 60 minuters hållning. Porositeten avlägsnas och porförstöringshastigheten minskas under denna fas. Förlusten av korngränser och porositetströtthet är de främsta orsakerna.

 

Fördelar med MIM 17-4

Hög motståndskraft mot korrosion
Värmebehandlingsinducerad åldershärdning
Industriell styrka och hållbarhet
Enastående motståndskraft mot värme
Idealisk för MIM:s komplicerade geometri

 

Mekaniska egenskaper

När det gäller strukturella enheter används MIM 17-4 PH. Favorit jämförbara egenskaper är styrka, hårdhet och töjning. Dessutom är utmattning, sträckgräns och brottseghet problem som påverkas av flera bearbetningsvariabler.

Följande bild sammanfattar medelparametrarna för 17-4 PH baserat på statistisk analys av flera MIM-projekt. Sintringsparametrar står för cirka 60 % av variationen i egenskaper.

 

Enligt MIM industristandard måste rostfritt stål 17-4 PH ha en minsta draghållfasthet på 790 MPa, en hårdhet på 27 HRC efter sintring och en hårdhet på 1070 MPa och 33 HRC efter värmebehandling. 4% förlängning för båda. Draghållfastheten för rostfritt stål 17-4PH efter 1350°C sintring och H900 värmebehandling är 1280 MPa för gasatomiserat pulver och 1136 MPa för vattenatomiserat pulver. Det bör noteras att gasatomiserat pulver kan uppnå en värmebehandlad draghållfasthet på 1485 MPa med 9 % töjning.

 

Motståndskraft mot korrosion

Fyra typer av sintrat rostfritt stål (304, 316, 430 och 17-4) utsätts för standardkorrosionstestning i en mängd olika situationer. Resultaten visar att 17-4 är minst motståndskraftig mot dessa tillstånd. Dessutom, eftersom porer på sintrade komponenter orsakar lokal korrosion genom koncentrationspolarisering, är smidesmaterial mer motståndskraftigt mot korrosion än sintrade material. Vätesintring och gasatomiserat pulver är två populära tekniker för att förbättra korrosionsbeständigheten eftersom kvarvarande syre är en nackdel.

Korrosionsbeständighet är också relaterad till biokompatibilitet. Jämfört med titan och koboltlegeringar har rostfritt stål 17-4 PH god cytotoxicitet men saknar konkurrenskraftig övergripande biokompatibilitet.

 

PH Application Market för MIM 17-4

Enastående mekaniska egenskaper tillhandahålls av 17-4 PH rostfritt stål vid temperaturer så höga som 350°C. Dessutom är den tillräckligt tålig för både vasmetall och svetsar, och vridning och skalning kan minskas genom uppvärmning vid låg temperatur under en kort period.

På grund av sin överlägsna korrosions- och värmebeständighet är aerospace 17-4 rostfritt stål ett utmärkt val för flygtillämpningar. Hög pulverrenhet och förtätning kan säkerställa livslängden för MIM 17-4-produkter och minimera felförändringar.

Fordon
Det mest använda materialet vid tillverkning av bilar är rostfritt stål 17-4 eftersom det är enkelt att bearbeta till en mängd olika former. Med avsevärd hållbarhet ökar metallformsprutningstekniken också dess kapacitet för komplex geometri.

Kunder
På grund av sin exceptionella korrosionsbeständighet används 17-4 flitigt i konsumenttillämpningar som använder MIM-teknik. Dessutom garanterar den exceptionella styrkan och hårdheten hos detta material felfri funktionalitet.

Avslutningsvis

MIM 17-4 PH gör fantastiska framsteg när det gäller att optimera strukturella egenskaper. För många lämpliga applikationer erbjuder den en mängd tilltalande kombinationer av sintrade egenskaper. Sintringstemperaturen är den primära bestämningsfaktorn för slutliga egenskaper jämfört med pulvertyp, partikelstorlek, gröndensitet, hålltid och andra parametrar. Dessutom påverkar fasen som finns i sintrade material de sintrade egenskaperna.

Under tiden påverkar värmebehandling efter sintring, sintrad densitet och fasmorfologi egenskaperna. Medan sintrad densitet bestämmer egenskaperna, förbättrar Hot Isostatic Pressing (HIP) dem.

Metal Injection Molding (MIM) blir allt mer avancerad med rostfritt stål 17-4 PH. För att erbjuda ytterligare applikationer för sintrade 17-4 PH, är JHMIM beroende av MIM-teknikbasen.