vật liệu mim thép không gỉ 17-4

Tổng quan về MIM 17-4 PH

Dựa trên tiêu chuẩn AISI 17-4 PH, MIM 17-4 PH là thép không gỉ tôi kết tủa martensitic. Sản phẩm này nổi bật với khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học vượt trội.

Một trong những vật liệu MIM được sử dụng rộng rãi nhất trong tiêm kim loại Ngành đúc sử dụng thép không gỉ 17-4 PH. Kim loại này có sự kết hợp tuyệt vời giữa khả năng chống ăn mòn, độ cứng và độ bền. Những đặc tính vượt trội của 17-4 cho phép tạo ra những chi tiết phức tạp với độ bền cao. Hơn nữa, quá trình tôi thứ cấp được thực hiện trong quá trình thiêu kết bằng cách điều chỉnh một số thông số nhất định.

Vì 17-4 PH có khả năng chống ăn mòn tương tự như 304L nên thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tính chất cơ học.

Ngoài ra, MIM-17-4 PH được xác định bằng UNS S17400, AISI 630, ASTM A564, AMS 5643 và thép không gỉ 17-4 PH.

 

Thành phần hóa học

Thành phần hóa học của thép không gỉ 17-4 được liệt kê dưới đây, với các nguyên tố và tỷ lệ phần trăm trọng lượng tương ứng của chúng:

• Sắt (Fe): Số dư (phần còn lại)
• Niken (Ni): 3,00-5,00%
• Silic (Si): 1,00%
• Cacbon (C): 0,07%
• Crom (Cr): 15,50-17,50%
• Niobi (Nb): 0,15-0,45%
• Mangan (Mn): 1,00%
• Đồng (Cu): 3,00-5,00%
• Lưu huỳnh (S): 0,03%

Thành phần này đảm bảo độ bền, khả năng chống ăn mòn và các đặc tính khác của vật liệu phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau.

Thép không gỉ MIM 17-4 PH thường có chất lượng cơ học kém hơn thép 17-4 PH gia công từ 10–25%. Các nguyên nhân chính bao gồm:

Các lỗi thiêu kết bao gồm tạp chất cacbon còn sót lại, các lỗ rỗng và hạt.
Sự mất mát các nguyên tố do bay hơi: Cr, Cu và Ni.
Bao gồm tạp chất: O, C và N.

Với quá trình thiêu kết chậm, pha austenit lập phương tâm mặt được ổn định bởi các thành phần cacbon và nitơ. Mặt khác, pha delta-ferit lập phương tâm khối sẽ đẩy nhanh tốc độ thiêu kết. Thép không gỉ 17-4PH trải qua các phản ứng kết tủa dẫn đến độ cứng và độ bền cao, trong khi delta-ferit còn lại làm giảm độ bền. Ngoài ra, martensite xuất hiện trong giai đoạn làm nguội sau khi thiêu kết.

Một thành phần quan trọng của Sản phẩm Mims là oxy. Diện tích bề mặt ban đầu của bột thép không gỉ được phủ oxit rất cao, và lượng oxy thay đổi tùy thuộc vào phương pháp sản xuất bột. Nồng độ oxy cao trong các chi tiết MIM 17-4 PH dẫn đến khả năng chống ăn mòn kém và các đặc tính cơ học kém hơn vì các oxit này sẽ làm mất khả năng ức chế ăn mòn của crom.

 

Các tính chất điển hình

Một kỹ thuật tinh vi để tạo ra các chi tiết thép không gỉ phức tạp, hiệu suất cao là MIM. Nhiệt độ đỉnh, tốc độ gia nhiệt, môi trường, thời gian giữ và kích thước hạt bột đều ảnh hưởng đến cách thức thiêu kết thép không gỉ 17-4 PH. Nhiều yếu tố tác động đến thành phần của hợp kim 17-4 PH, từ đó ảnh hưởng đến các pha vi cấu trúc, đặc tính thiêu kết và các đặc tính cuối cùng. Nitơ từ khí quyển quy trình, oxy từ bột hoặc khí quyển, và cacbon từ bột hoặc chất kết dính là các thành phần chính.

 

Sự cân bằng lý tưởng giữa độ bền, độ cứng và khả năng chống ăn mòn khiến 17-4 PH trở thành lựa chọn phổ biến. Các sản phẩm trong lĩnh vực điện tử, nha khoa, y học và hàng không vũ trụ nhận thấy sự kết hợp các đặc tính hấp dẫn sau khi xử lý nhiệt. Các đặc tính này thay đổi tùy theo thành phần, với sự thay đổi của Fe, Ni, Cu và Cr. Nhiệt độ của trạng thái rắn là khoảng 1405°C, và nhiệt độ của trạng thái lỏng là khoảng 1440°C. Các đặc tính cơ học phản ứng tốt với quá trình xử lý nhiệt; độ giãn dài gãy dao động từ 8 đến 14%, giới hạn chảy dao động từ 760 đến 1240 MPa, độ bền kéo dao động từ 1000 đến 1340 MPa, và độ cứng đạt 43 HRC.

 

Sự kết hợp vượt trội giữa độ bền, độ cứng và khả năng chống ăn mòn khiến thép không gỉ 17-4 PH trở thành lựa chọn ưu tiên trong ngành công nghiệp ép phun kim loại. Thép không gỉ martensitic thường được tôi luyện bằng phương pháp kết tủa là 17-4 PH.

• Sức mạnh to lớn
• Cực kỳ khó khăn
• Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời
• Độ dẻo dai cho gãy xương
• đặc điểm của xử lý nhiệt và hàn

 

Tác dụng của chất kết dính và chất tách kết dính

Đối với quá trình ép phun thép không gỉ 17-4 PH, nhiều hệ thống chất kết dính được sử dụng; phổ biến nhất là 60% chất độn, 30% xương sống và 10% chất hoạt động bề mặt.

Do các thành phần chất kết dính còn sót lại sẽ làm thay đổi nồng độ oxy hoặc cacbon cuối cùng, nên quá trình tách liên kết sẽ ảnh hưởng đến các đặc tính cuối cùng. Tách trùng hợp hoặc chiết dung môi là bước đầu tiên trong quá trình tách liên kết; ví dụ, sáp parafin hòa tan trong heptan, và polythylene glycol hòa tan trong nước nóng. Hơn nữa, axit nitric bốc khói được sử dụng trong quá trình tách liên kết xúc tác để loại bỏ polyoxymethylene. Cách tốt nhất để loại bỏ chất kết dính trong giai đoạn tách liên kết thứ hai là giữ nó ở nhiệt độ từ 600 đến 1000°C trong môi trường hydro. Giai đoạn này đôi khi được gọi là giai đoạn bắt đầu thiêu kết.

 

Tác động của tham số thiêu kết

Một số biến số tương tác trong quá trình thiêu kết thép không gỉ 17-4 PH để xác định mật độ cuối cùng, pha, cấu trúc vi mô và các đặc tính. Bốn thành phần chính của phân tích thống kê là xử lý nhiệt, môi trường thiêu kết, nồng độ oxy ban đầu và kích thước hạt.

Nhiệt độ thiêu kết có ảnh hưởng lớn nhất đến mật độ thiêu kết.

 

Kích thước của các hạt

Khuếch tán bề mặt là quá trình liên kết hạt đầu tiên trong quá trình thiêu kết diễn ra; một hạt nhỏ hơn với diện tích bề mặt lớn hơn sẽ tăng cường liên kết ban đầu. Lực bám dính của hạt polyme xương sống sẽ được thay thế bằng liên kết khuếch tán bề mặt sau khi quá trình nhiệt phân chất kết dính diễn ra. Sự khuếch tán ranh giới hạt cần sự phát triển của cổ hạt khi liên kết thiêu kết giữa các hạt kim loại tăng lên để tạo ra ranh giới hạt giữa các hạt. Khi ranh giới hạt hình thành, kích thước hạt đóng vai trò chính trong quá trình thiêu kết khi quá trình co ngót bắt đầu, và nó có tác động nghịch đảo đến tốc độ thiêu kết. Tuy nhiên, tác động của kích thước hạt ban đầu có thể được khắc phục bằng nhiệt độ đỉnh cao hơn hoặc thời gian giữ hạt dài hơn.

 

Bầu không khí

Trong thép không gỉ, các tùy chọn môi trường thiêu kết tiêu chuẩn bao gồm chân không, hydro, nitơ, hydro-nitơ và argon-hydro.


Hai môi trường thiêu kết phổ biến nhất cho thép không gỉ 17-4 PH là hydro và chân không. Lượng oxit giảm đáng kể khi thêm carbon. Cả silicon và crom đều có thể giữ oxy mà không cần thêm carbon vào than chì. Quá trình khử oxit xảy ra khi nhiệt độ cao và hàm lượng hydro cao; điểm sương thấp sẽ đảm bảo quá trình này. Quá trình oxy hóa bề mặt lạnh xảy ra sau khi thiêu kết sẽ tạo ra một lớp phủ thụ động silicon, sắt và crom chống ăn mòn.

Là một chất ổn định austenit mạnh, nitơ có tác động đến sự phát triển của martensite và các đặc tính cuối cùng của thép không gỉ. Khi nguội, nitơ, vốn hòa tan trong austenit, kết tủa thành Cr2N. Crom trong vùng ranh giới hạt sẽ bị cạn kiệt bởi kết tủa này, gây ra hiện tượng ăn mòn cục bộ nhanh chóng. Do đó, cần ngăn nitơ xâm nhập vào môi trường thiêu kết và làm nguội các thành phần xuống dưới 900°C với tốc độ 200°C/phút. Trong thép không gỉ 17-4 PH, nitơ hòa tan trong austenit sẽ kết tủa thành Cr2N.

Than chì cũng tạo ra áp suất riêng phần thấp của carbon monoxide trong lò chân không, đó là lý do tại sao lò chân không than chì thành công trong quá trình thiêu kết chân không. Ở nhiệt độ 1300°C và áp suất riêng phần CO thấp 0,001, nó có thể chuyển đổi crom oxit thành crom.

 

 

Nhiệt độ và tốc độ gia nhiệt

Các chu trình thiêu kết điển hình bao gồm quá trình loại bỏ tạp chất và đốt cháy chất kết dính, đòi hỏi phải gia nhiệt và giữ ở nhiều nhiệt độ khác nhau. Để khử tạp chất, nhiệt độ lý tưởng là gần 1000°C, trong khi để loại bỏ polyme tối ưu, nhiệt độ là gần 600°C.

Thép không gỉ 17-4PH trải qua quá trình co ngót thiêu kết trong thử nghiệm giãn nở ở tốc độ cực đại khoảng 1250°C, trong khi mật độ đầy đủ (98%) đòi hỏi nhiệt độ cực đại là 1300°C. Tuy nhiên, đồng và crom sẽ bay hơi ở nhiệt độ cao này, có thể làm giảm khả năng xử lý nhiệt và chống ăn mòn.

 

Ngoài ra, quá trình tổng hợp delta-ferrite được hỗ trợ bởi nhiệt độ cao hơn; nhờ sự khuếch tán nhanh hơn, pha này sẽ hỗ trợ quá trình cô đặc cuối cùng. Các khuẩn lạc delta-ferrite màu trắng và các vùng tối của lỗ xốp oxit tròn có thể nhìn thấy trong biểu đồ vi cấu trúc sau đây của MIM 17-4PH trong quá trình thiêu kết.

Cấu trúc vi mô của 1260 SS17-4 MIM

 

Kiểm soát Carbon

Trong quá trình thiêu kết, carbon là một chất ổn định austenit khác. Độ bền và độ cứng cao hơn sẽ đạt được với hàm lượng carbon giữ lại thấp trong thép không gỉ 17-4, dưới 0,1 phần trăm trọng lượng. Các pha, độ đặc và đặc tính cơ học của thép không gỉ 17-4 PH đều sẽ bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi hàm lượng carbon.

 

Bột nguyên tử hóa, cặn chất kết dính, chu trình tách liên kết, môi trường thiêu kết, oxy ban đầu và nhiệt độ thiêu kết đỉnh của quy trình MIM là một số biến số ảnh hưởng đến hàm lượng cacbon. Yếu tố chính quyết định hàm lượng cacbon cuối cùng trong quá trình thiêu kết là hàm lượng oxy ban đầu. Ví dụ, 0,03% cacbon bị mất trong quá trình thiêu kết hydro bột nguyên tử hóa khí 17-4 ở 1343°C. Hơn nữa, đặc biệt ở nhiệt độ thiêu kết thấp hơn, cặn chất kết dính cũng có thể gây ô nhiễm cacbon.

Trong quá trình thiêu kết hydro và chân không, độ bền kéo của thép không gỉ 17-4 bị ảnh hưởng bởi lượng carbon được giữ lại. Trong quá trình xử lý nhiệt H900 hoặc H1100, hoặc trong quá trình thiêu kết tiêu chuẩn ở nhiệt độ từ 1300 đến 1360°C, hình ảnh sau đây minh họa độ bền kéo giảm đáng kể khi hàm lượng carbon tăng.

 

Duy trì thời gian

Trong quá trình thiêu kết, thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ cao nhất dao động từ 60 đến 120 phút. Biểu đồ mật độ thiêu kết so với nhiệt độ và thời gian dưới đây cho thấy mật độ tăng dần từ 96,3% đến 98,3%. Khối thiêu kết đạt mật độ tối đa (98%) sau 60 phút giữ nhiệt. Độ xốp được loại bỏ và tốc độ phá hủy lỗ xốp giảm trong giai đoạn này. Nguyên nhân chính là sự mất ranh giới hạt và độ mỏi lỗ xốp.

 

Lợi ích của MIM 17-4

Khả năng chống ăn mòn cao
Sự cứng lại do lão hóa do xử lý nhiệt
Sức mạnh và độ bền công nghiệp
Khả năng chịu nhiệt vượt trội
Lý tưởng cho hình học phức tạp của MIM

 

Đặc điểm cơ học

Đối với các thiết bị kết cấu, vật liệu MIM 17-4 PH được sử dụng. Các đặc tính tương đương được ưa chuộng là độ bền, độ cứng và độ giãn dài. Ngoài ra, độ mỏi, giới hạn chảy và độ bền gãy là những vấn đề bị ảnh hưởng bởi một số biến số trong quá trình gia công.

Hình ảnh sau đây tóm tắt các thông số trung bình của 17-4 PH dựa trên phân tích thống kê của một số dự án MIM. Các thông số thiêu kết chịu trách nhiệm cho khoảng 60% sự thay đổi về tính chất.

 

Theo tiêu chuẩn công nghiệp MIM, thép không gỉ 17-4PH phải có độ bền kéo tối thiểu là 790 MPa, độ cứng 27 HRC sau khi thiêu kết, và độ cứng 1070 MPa và 33 HRC sau khi xử lý nhiệt. Cả hai đều có độ giãn dài 4%. Độ bền kéo của thép không gỉ 17-4PH sau khi thiêu kết ở 1350°C và xử lý nhiệt H900 là 1280 MPa đối với bột phun khí và 1136 MPa đối với bột phun nước. Cần lưu ý rằng bột phun khí có thể đạt được độ bền kéo sau khi xử lý nhiệt là 1485 MPa với độ giãn dài 9%.

 

Khả năng chống ăn mòn

Bốn loại thép không gỉ thiêu kết (304, 316, 430 và 17-4) được thử nghiệm ăn mòn tiêu chuẩn trong nhiều điều kiện khác nhau. Kết quả cho thấy 17-4 là loại có khả năng chống chịu kém nhất với các điều kiện này. Hơn nữa, do các lỗ rỗng trên các chi tiết thiêu kết gây ra ăn mòn cục bộ do phân cực nồng độ, vật liệu rèn có khả năng chống ăn mòn tốt hơn vật liệu thiêu kết. Thiêu kết hydro và bột phun khí là hai kỹ thuật phổ biến để cải thiện khả năng chống ăn mòn vì oxy dư là một nhược điểm.

Khả năng chống ăn mòn cũng liên quan đến tính tương thích sinh học. So với hợp kim titan và coban, thép không gỉ 17-4 PH có độc tính tế bào tốt nhưng lại thiếu tính tương thích sinh học tổng thể.

 

Thị trường ứng dụng PH cho MIM 17-4

Thép không gỉ 17-4 PH mang lại những đặc tính cơ học vượt trội ở nhiệt độ lên đến 350°C. Ngoài ra, nó đủ bền để sử dụng cho cả kim loại bình hoa và mối hàn, và có thể giảm cong vênh và đóng cặn bằng cách nung ở nhiệt độ thấp trong thời gian ngắn.

Nhờ khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt vượt trội, thép không gỉ 17-4 hàng không vũ trụ là lựa chọn tuyệt vời cho các ứng dụng hàng không vũ trụ. Độ tinh khiết và độ đặc của bột cao có thể đảm bảo tuổi thọ của sản phẩm MIM 17-4 và giảm thiểu sai số.

Xe cộ
Vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong sản xuất ô tô là thép không gỉ 17-4 vì dễ gia công thành nhiều hình dạng khác nhau. Với độ bền đáng kể, công nghệ ép phun kim loại cũng tăng khả năng tạo hình dạng phức tạp.

Khách hàng
Nhờ khả năng chống ăn mòn vượt trội, 17-4 được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng tiêu dùng sử dụng công nghệ MIM. Hơn nữa, độ bền và độ cứng vượt trội của vật liệu này đảm bảo chức năng hoạt động hoàn hảo.

Tóm lại

MIM 17-4 PH tạo nên những bước tiến đáng kinh ngạc trong việc tối ưu hóa các đặc tính cấu trúc. Đối với nhiều ứng dụng phù hợp, nó cung cấp nhiều sự kết hợp hấp dẫn các đặc tính thiêu kết. Nhiệt độ thiêu kết là yếu tố chính quyết định các đặc tính cuối cùng khi so sánh với loại bột, kích thước hạt, mật độ xanh, thời gian giữ và các thông số khác. Hơn nữa, pha có trong vật liệu thiêu kết cũng ảnh hưởng đến các đặc tính thiêu kết.

Trong khi đó, xử lý nhiệt sau thiêu kết, mật độ thiêu kết và hình thái pha đều ảnh hưởng đến các đặc tính. Trong khi mật độ thiêu kết quyết định các đặc tính, thì ép đẳng tĩnh nóng (HIP) lại tăng cường chúng.

Công nghệ ép phun kim loại (MIM) đang ngày càng tiên tiến với thép không gỉ 17-4 PH. Để cung cấp thêm nhiều ứng dụng cho thép 17-4 PH thiêu kết, JHMIM dựa trên nền tảng công nghệ MIM.