304l prášek z nerezové oceli

Přehled

Prášek z nerezové oceli 304L je austenitický chromniklový prášek z nerezové oceli s nízkým obsahem uhlíku. Vyznačuje se vynikající odolností proti korozi, dobrou tvářitelností a svařitelností a je široce používán pro aplikace v práškové metalurgii.

Písmeno "L" označuje nižší obsah uhlíku ve srovnání se standardní třídou 304. Nízký obsah uhlíku minimalizuje srážení karbidů a maximalizuje odolnost proti korozi. Prášková metalurgie 304L představuje cenově výhodnou alternativu k 316L pro nekritické aplikace, které nevyžadují legování molybdenem.

Tento článek poskytuje podrobný pohled na prášek z nerezové oceli 304L, který zahrnuje složení, vlastnosti, zpracování, aplikace, specifikace, dodavatele, náklady a další technické podrobnosti.

Složení

Nominální složení prášku z nerezové oceli 304L je uvedeno níže:

Tabulka: Typické složení prášku z nerezové oceli 304L

Živel	Hmotnost %
Chrom (Cr)	18-20
nikl (Ni)	8-10.5
mangan (Mn)	<2
křemík (Si)	<1
uhlík (C)	<0.03
síra (S)	<0.03
fosfor (P)	<0.045
dusík (N)	<0.1
železo (Fe)	Zůstatek

 

Hlavními legujícími prvky jsou chrom a nikl. Chrom zajišťuje odolnost proti korozi a oxidaci. Nikl zvyšuje tažnost, houževnatost a svařitelnost.

Mangan a křemík zvyšují pevnost. Uhlík je pro optimální odolnost proti korozi udržován na velmi nízké úrovni. Síra, fosfor a dusík jsou nečistoty, které jsou minimalizovány.

Vlastnosti

Níže jsou uvedeny klíčové vlastnosti prášku z nerezové oceli 304L v žíhaném stavu:

Tabulka: Vlastnosti prášku z nerezové oceli 304L

Vlastnictví	Hodnota
Hustota	7,9-8,1 g/cm3
Maximální pevnost v tahu	505-620 MPa
Mez kluzu	205-275 MPa
Prodloužení	≥40%
Tvrdost	≤92 HRB
Modul pružnosti	190-210 GPa
Bod tání	1400-1450°C
Tepelná vodivost	16 W/m-K
Elektrický odpor	0,072 μΩ-cm

 

Kombinace těchto vlastností činí ocel 304L velmi užitečnou pro širokou škálu aplikací. Austenitická mikrostruktura zajišťuje tvárnost, houževnatost a nemagnetické chování. 304L má vynikající odolnost proti korozi srovnatelnou s nerezovou ocelí 316L.

Výběrem prášku s velmi nízkým obsahem uhlíku lze zabránit srážení karbidů a maximalizovat tak odolnost proti korozi v kritických aplikacích. Pevnost a tvrdost lze zvýšit obráběním za studena.

Aplikace

Mezi typické aplikace práškové nerezové oceli 304L patří:

• Zařízení pro zpracování potravin
• Farmaceutické nástroje
• Součásti chemických zařízení
• Architektonické panely, zábradlí
• Lékařské nástroje a implantáty
• Námořní hardware, kování, spojovací materiál
• Spotřební zboží, spotřebiče
• Mechanické díly vyrobené práškovou metalurgií
• Prášky pro 3D tisk

Materiál 304L poskytuje cenově výhodnou odolnost proti korozi oproti materiálu 316L, pokud není nutné legování molybdenem pro vysoce korozivní prostředí. Vynikající leštitelnost a nemagnetické vlastnosti se hodí pro 304L také pro architektonické obklady a součásti kování.

Prášková metalurgie se běžně používá k výrobě malých přesných dílů z materiálu 304L ve velkých objemech oproti obrábění. Aditivní výroba využívá prášek 304L pro prototypy, nástroje a součásti pro konečné použití v různých průmyslových odvětvích.

Výroba prášku

Prášek z nerezové oceli 304L se komerčně vyrábí rozprašováním plynem nebo vodou.

Na adrese rozprašování plynu, vysokotlaký proud inertního plynu rozkládá roztavený kov na jemné kapičky a vytváří sférické prášky ideální pro aditivní výrobu a MIM. Distribuce velikosti částic je řízena pomocí procesních parametrů.

Rozprašování vody používá vysokotlaké vodní proudy k rozbití proudu kovu na jemné částice. Vznikají tak nepravidelné, satelitní tvary částic. Prášek vyžaduje následnou úpravu pro aditivní výrobu.

Plazmová atomizace se někdy používá k výrobě velmi sférických, čistých prášků z proudu kovového plazmatu v kontrolované inertní atmosféře. Tím je zajištěna vysoká čistota a sypkost.

Specifikace prášku

Prášek z nerezové oceli 304L je komerčně dostupný v různých rozměrových řadách, morfologii a kvalitě. Níže jsou uvedeny některé typické specifikace prášku:

Tabulka: Specifikace práškové nerezové oceli 304L

Atribut	Podrobnosti
Velikost částic	15-45 μm, 10-100 μm
Morfologie	Sférické, nepravidelné
Zdánlivá hustota	2,5-4,5 g/cm3
Hustota poklepání	4-5 g/cm3
Hallův průtok	<30 s/50g
Čistota	>99.5%
Obsah kyslíku	<2000 ppm
Obsah vlhkosti	<0,2%

 

Pro zachycení jemných prvků v aditivní výrobě se upřednostňují částice menší než 45 μm. Sférické částice zajišťují dobrou tekutost. Zdánlivá hustota koreluje s účinností balení prášku.

Vysoká čistota, nízký obsah kyslíku a kontrolovaná vlhkost zajišťují kvalitní vlastnosti slinutého materiálu. Plynem rozprašovaný prášek nabízí nejlepší specifikace pro kritické aplikace.

Standardy a známky

Prášek z nerezové oceli 304L splňuje následující normy:

• ASTM A240 - Norma pro chromové a chromniklové nerezové oceli, plechy a pásy
• ASTM A313 - Norma pro pružinový drát z nerezové oceli
• ASTM A314 - Norma pro ohýbaný drát z nerezové oceli
• AMS 5501 - Tyče, dráty, výkovky a trubky z nerezové oceli s nízkým obsahem uhlíku
• AMS 5647 - prášková nerezová ocel, rozprašovaná, 304L

Ekvivalentní třídy zahrnují:

• UNS S30403
• Werkstoff č. 1.4306
• SUS 304L
• SS2348

Prášek lze získat podle specifikací ASTM nebo podle vlastního složení pro konkrétní aplikace. Prášky s velmi nízkým obsahem uhlíku a jednoduché lisování poskytují optimální vlastnosti.

Analýza nákladů

Cena prášku z nerezové oceli 304L se pohybuje mezi $15-30 za kg pro materiál rozprašovaný plynem. Prášek rozprašovaný vodou je levnější, stojí $8-15/kg, ale má menší sféricitu.

Ceny se liší v závislosti na objemu objednávky, rozsahu velikosti částic, morfologii prášku, úrovni čistoty a maržích výrobce/distributora.

U hotových dílů tvoří 304L 30-60% nákladů na součástky MIM v závislosti na velikosti a složitosti dílu. Malé díly ve velkých objemech mají nižší podíl na materiálových nákladech.

Skladování prášku a manipulace s ním

Aby se zabránilo kontaminaci a zachovaly se vlastnosti prášku, měl by být prášek z nerezové oceli 304L skladován a mělo by se s ním manipulovat následujícím způsobem:

• Skladujte v uzavřených nádobách v chladném a suchém prostředí.
• K zabránění zachycení vlhkosti použijte proplachování inertním plynem nebo vakuum.
• Uchovávejte mimo dosah jisker, plamenů a zdrojů vznícení.
• Uzemnění všech zařízení pro manipulaci s práškem a jeho přenos
• Zabraňte kontaktu s nečistotami, jako je olej, tuk, barvy atd.
• Při manipulaci s práškem používejte osobní ochranné prostředky - masku, rukavice, ochranu očí.

Rozsypaný prášek by měl být neprodleně odstraněn pomocí nejiskřivých nástrojů a vysavače HEPA. Prášky jsou středně citlivé na vlhkost a působení vzduchu. Klíčové je správné skladování.

Vstřikování kovů

Materiál 304L se široce používá pro vstřikování malých, složitých dílů s využitím práškové metalurgie. Mezi klíčové aspekty patří:

• Vstupní suroviny: 60-68% nakládání prášku s vícesložkovým pojivovým systémem
• Formování: Vysoká velikost výstřiků, vysoká rychlost vstřikování, vysoký přídržný tlak
• Debinding: Odvápnění rozpouštědlem a následné tepelné odvápnění
• Spékání: 1350-1400 °C ve vodíkové nebo vakuové atmosféře
• Sekundární operace: Obrábění, laserové značení, pasivace, elektrolytické leštění

Servisní kanceláře MIM zavedly osvědčené postupy pro vysoce výkonné díly z materiálu 304L, jejichž vlastnosti po spékání se blíží vlastnostem tepaného materiálu.

Design pro AM

Pro aditivní výrobu s použitím práškové nerezové oceli 304L patří mezi klíčové pokyny pro konstrukci:

• Udržujte tloušťku stěny nad 1 mm
• Použití samonosných geometrií s úhly nad 45°.
• Obsahují vypouštěcí otvory pro odstranění nerozpuštěného prášku
• Pozorujte vliv orientace stavby na vlastnosti
• Při navrhování styčných dílů zohledněte smrštění 20-25%.
• Zahrnout přídavky na obrábění 0,5-1 mm pro kritické uložení.
• Zmenšení převisů, mostů, drobných detailů, které vyžadují podpěry.

Kontrola kvality

Testování kontroly kvality prováděné na práškové nerezové oceli 304L zahrnuje:

• Chemická analýza - ICP a OES k ověření složení
• Analýza velikosti částic - Laserový difrakční analyzátor velikosti částic
• Morfologie prášku - zobrazování SEM při velkém zvětšení
• Zdánlivá hustota a hustota odbočky - metoda Hallova průtokoměru
• Průtok prášku - nálevková metoda Hallova průtokoměru
• Ztráta žíháním - ASTM E sin gravitační pec
• Analýza vlhkosti - Karl Fischerova titrace, LECO analýza

U spékaných dílů MIM zahrnuje testování:

• Rozměrové tolerance - kontrola CMM
• Hustota - Archimédova metoda
• Mikrostruktura - Optická mikroskopie, analýza obrazu
• Mechanické zkoušky - tvrdost, tah, únava, Charpyho ráz.

Zdraví a bezpečnost

Stejně jako většina prášků a dílů z nerezové oceli představuje 304L při správném zacházení malé zdravotní riziko:

• Při manipulaci s práškem používejte osobní ochranné prostředky - masku, rukavice, ochranné brýle.
• Vyhněte se kontaktu s kůží, abyste zabránili senzibilizaci
• Pro vysávání prachu a prášku používejte vysavač s filtrem HEPA.
• Vyhněte se vdechování svařovacích nebo tavicích výparů.
• Likvidujte v souladu s místními předpisy o životním prostředí
• Při broušení nebo obrábění slinutých dílů zajistěte dostatečné větrání a ochranu dýchacích cest.

U materiálu 304L nejsou nutná žádná zvláštní opatření pro likvidaci. Při správných postupech představuje minimální nebezpečí pro pracovníky a životní prostředí.

FAQ

1. Jaký je rozdíl mezi práškem z nerezové oceli 304 a 304L?

   304L má nižší obsah uhlíku (<0,03%) než 304 (<0,08%) pro lepší odolnost proti korozi, zejména při svařování. Materiál 304 je běžnější.

2. Vyžaduje prášek 304L řízenou atmosféru?

   Ne nutně, ale skladování v uzavřených nádobách s inertním plynem zabraňuje oxidaci a kontaminaci.

3. Jaká velikost částic je pro AM nejlepší?

   15-45 mikronů je typické pro AM s práškovým ložem, aby se zajistil dobrý tok a vysoké rozlišení. Používají se také větší velikosti od 45 do 100 mikronů.

4. Používá se 304L pro kovový 3D tisk?

   Ano, materiál 304L se široce používá pro 3D tisk v práškovém loži a pro 3D tisk s usměrněným vylučováním energie k výrobě prototypů, nástrojů a dílů pro konečné použití.

5. Co způsobuje oxidaci prášku a ztrátu jeho použitelnosti?

   Působením vzduchu/vlhkosti dochází k oxidaci povrchu. Správné uzavřené skladování s vysoušedlem a absorbéry kyslíku tomu zabraňuje.

6. Vyžaduje 304L po laserovém spékání žíhání roztokem?

   Ano, uvolnění napětí při 1050-1150 °C a rychlé ochlazení pomáhá obnovit tažnost a houževnatost po rychlém ztuhnutí.

7. Jakou povrchovou úpravu lze očekávat u dílů MIM 304L po spékání?

   Zpočátku kolem Ra 3-6 mikronů. Leštěním a leptáním lze dosáhnout Ra pod 0,5 mikronu. Hladkého povrchu dosáhnete také pokovením.

8. Jaké tolerance lze dosáhnout u dílů 304L MIM?

   Typická tolerance je ±0,1-0,3%, ale u vysoce přesných součástí jsou možné tolerance pod ±0,1%.

9. Proč se dává přednost oceli 304L před nerezovou ocelí 304?

   Nižší obsah uhlíku dodává oceli 304L lepší odolnost proti korozi, zejména u svařenců, a snižuje tak senzibilizaci. Stala se dominantní třídou.

10. Jaký je cenový příplatek za prášek 304L oproti prášku 304?

    Obvykle 10-30% vyšší cena pro 304L kvůli nižšímu složení uhlíku. Cena závisí také na objednaném množství.