15n20 Stahlpulver: Eigenschaften, Herstellung und Anwendungen

Überblick über 15n20 Stahlpulver

15n20 Stahlpulver ist ein Pulver aus einer Eisenlegierung mit Nickel, Chrom, Molybdän und Kohlenstoff. Es zeichnet sich durch hohe Festigkeit, Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit sowie gute Maßhaltigkeit beim Sintern aus.

Zu den wichtigsten Eigenschaften und Merkmalen von 15n20 Stahlpulver gehören:

Zusammensetzung

• Eisen (Fe)-Bilanz
• Chrom (Cr) 3-5 wt%
• Nickel (Ni) 1%
• Molybdän (Mo) 0,3-0,6%
• Kohlenstoff (C) 0,2% max

Eigenschaften

• Dichte: 7,7-7,9 g/cm3
• Komprimierbarkeit: Gut
• Grüne Stärke: Hoch
• Gesinterte Festigkeit: Sehr hoch
• Härte: Hoch
• Abriebfestigkeit: Ausgezeichnet
• Korrosionsbeständigkeit: Sehr gut
• Maximale Betriebstemperatur: ~500°C

Merkmale

• Die Form: Unregelmäßig, eckig
• Größenbereich: 10-150 μm
• Fließfähigkeit: Mittel
• Verdichtbarkeit: Hoch
• Sinterfähigkeit: Gut bis 1350°C
• Bearbeitbarkeit: Mäßig

15n20-Stahl wird für seine Fähigkeit geschätzt, hohe Festigkeitswerte von bis zu 1.000 MPa und mehr zu erreichen und gleichzeitig eine angemessene Duktilität nach dem Sintern zu bewahren. Die Teile können zur Verbesserung der mechanischen Leistung wärmebehandelt werden.

Der Nickelzusatz verbessert die Härtbarkeit und die Kerbschlagzähigkeit, während Chrom und Molybdän die Festigkeit durch Mischkristall- und Ausscheidungshärtung erhöhen. Die Zusammensetzung wurde speziell für pulvermetallurgische Press- und Sinteranwendungen entwickelt, die ein robustes Material erfordern.

Produktionsmethoden für 15n20 Stahlpulver

15n20-Stahlpulver kann nach folgenden Methoden hergestellt werden:

Wasserzerstäubung

Geschmolzene Stahllegierungen werden durch Hochdruck-Wasserstrahlen in feine Tröpfchen zerlegt, die sich zu unregelmäßigen Pulvern mit einer großen Oberfläche verfestigen, die sich ideal zum schnellen Sintern eignen. Dies ist der gängigste und wirtschaftlichste Produktionsweg. Wasserzerstäubte Pulver weisen gute Fließ- und Verdichtungseigenschaften auf, die für das automatische Pressen bevorzugt werden.

Gaszerstäubung

Inertgasdüsen zerlegen den Schmelzestrom in kleine Partikel mit kugelförmiger Morphologie und sehr hoher Reinheit. Das Verfahren ist langsamer und teurer, aber für anspruchsvollere PM-Teile notwendig. Gaszerstäubte Pulver haben hervorragende Fließ- und Packungseigenschaften, die für komplexe Bauteilformen und dünne Profile benötigt werden.

Elektrolyse

Die Zusammensetzung wird elektrolytisch auf ein Kathodensubstrat aufgebracht und durch mechanische Verfahren entfernt, um flockige Pulver zu erhalten. Obwohl die Chemie genau kontrolliert wird, können elektrolytische Pulver unter einem hohen Sauerstoffgehalt leiden, der eine Glühbehandlung vor dem Pressen erfordert. Die unregelmäßige Form wirkt sich auf die Dichte aus, ermöglicht aber das Pressen ohne Bindemittel.

Mechanisches Legieren

Elementare Metallpulver werden gemischt und einer intensiven mechanischen Bearbeitung in einer Kugelmühle mit Prozesskontrollmittel unterzogen. Durch mechanisches Legieren entstehen homogene Mischungen, die in der konventionellen Barrenmetallurgie nicht erhältlich sind. Die Verbundpartikel müssen jedoch vor der Verwendung in PM möglicherweise noch thermisch bearbeitet werden.

Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten von 15n20 Stahlpulver

15n20-Stahlpulver wurde speziell für die Herstellung von pulvermetallurgischen Bauteilen durch Verdichtung und Sinterung entwickelt.

Typische Anwendungen für gesinterte 15n20-Stahlkomponenten sind:

• Automotive - Zahnräder, Kettenräder, Pleuelstangen, Kolbenbolzen, Kipphebel
• Verbraucher - Messer, Scheren, Rasierklingen, Vorhängeschlösser
• Industrie - Lager, Buchsen, Dichtungsringe, Ventilsitze, Verschleißstreifen
• Militär - Waffenkomponenten, Raketen- und Ordonnanzteile
• Öl und Gas - Werkzeuge für die Bohrlochkomplettierung, Perforationspistolen, Bohrlochventile

Das Material bietet eine hervorragende Kombination von Eigenschaften - Festigkeit, Härte, Verschleißfestigkeit, Wärmebeständigkeit -, die in diesem Bereich kritischer Anwendungen erforderlich sind. Chrom, Molybdän und Nickel im 15n20-Stahl sorgen außerdem für eine hohe Korrosionsbeständigkeit in verschiedenen Umgebungen.

Viele Teile werden nach dem Sintern wärmebehandelt (Aufkohlung, Karbonitrierung, Induktionshärtung), um die Härte je nach Beanspruchung und Anforderungen der Endanwendung lokal zu optimieren. Hohe Produktionsraten bei geringeren Kosten im Vergleich zu Guss- oder Schmiedeteilen machen 15n20 zu einer beliebten pulvermetallurgischen Legierung.

Spezifikationen für 15n20 Stahlpulver

15n20-Stahlpulver entspricht verschiedenen Klassifizierungen und seine chemische Zusammensetzung wird durch internationale Spezifikationen geregelt:

Klassifizierungen

• Hochgeschwindigkeitsstahl
• P/M Baustahl
• Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl

Normen

• ISO 4491 15n20
• JIS SUS 15n20
• ASTM A331 15n20
• DIN 1.2702

Zusammensetzung Specs

Element	Gewicht %
Eisen (Fe)	Bilanz
Chrom (Cr)	3.00-5.00
Nickel (Ni)	1,00 max
Molybdän (Mo)	0.30-0.60
Kohlenstoff (C)	0,20 max
Mangan (Mn)	0,10 max
Silizium (Si)	0,10 max
Schwefel (S)	0,10 max
Phosphor (P)	0,10 max

Größenbereich

Masche	Mikrometer
140 – 325	45 – 105

Pulver zum Pressen sind normalerweise feiner als 45 Mikrometer. Gröbere Partikel von 125+ Mikron können für das Metall-Spritzgießen von gesinterten Bauteilen verwendet werden. Engere Größenverteilungen führen zu einer besseren Verdichtungsdichte.

Lieferanten von 15n20 Stahlpulver

Viele der weltweit führenden Pulverhersteller und Metallpulverlieferanten produzieren 15n20 Stahlpulver:

• Höganäs (Schweden)
• Rio Tinto Metallpulver (USA)
• JFE Steel (Japan)
• CNPC-Pulver (China)
• Sandvik Osprey (UK)
• AMETEK (USA)
• Carpenter Powder Products (USA)

Preisgestaltung

15n20-Stahlpulver wird nach Gewichtseinheiten verkauft, in der Regel in Säcken oder Fässern von 25-500 kg. Der Preis variiert je nach:

• Reinheitsgrad
• Produktionsverfahren
• Größenbereich und Verteilung
• Rabatte bei der Abnahme von Mengen und Großaufträgen

Menge	Preisspanne
1-10 kg	$15-25 pro kg
10-100 kg	$12-18 pro kg
>100 kg	$8-15 pro kg

Die Preise hängen stark von der Marktdynamik zwischen Angebot und Nachfrage und den Rohstoffkosten ab. Wenden Sie sich direkt an die Anbieter, um ein aktuelles Angebot auf der Grundlage Ihres Jahresvolumens und Ihrer Reinheitsanforderungen zu erhalten.

Vergleich zwischen 15n20 Stahlpulverprodukten

Die wichtigsten Variablen bei der Auswahl von 15n20-Pulverlieferanten:

Produktionsverfahren

• Wasserzerstäubung bietet das beste Verhältnis zwischen Kosten und Eigenschaften
• Gaszerstäubte und elektrolytische Pulver, die dort eingesetzt werden, wo die Reinheit entscheidend ist
• Mechanisch legierte Pulver bieten maßgeschneiderte Zusammensetzungen

Morphologie des Pulvers

• Unregelmäßige, kantige Pulver verbessern die Grünfestigkeit
• Abgerundete, kugelförmige Pulver verbessern den Fluss und die Packung

Größenbereich des Pulvers

• Ultrafine <20 Mikrometer für Mikrobauteile
• Unter 45 Mikrometer Standard für das Pressen
• Größere Partikel >100 Mikrometer, geeignet für das Metall-Spritzgießen

Reinheitsstandards

• Weniger Sauerstoff bevorzugt
• Niedrigere N und S für hohe Leistung
• Strenge Kontrolle der Lichtelemente

Informieren Sie sich vor dem Kauf immer über die Zertifizierung der Zusammensetzung, die Normen für die Herstellungskontrolle, die Prüfprotokolle und die Qualitätsverfahren.

Vorteile und Beschränkungen von 15n20 Stahlpulver

Vorteile

• Hohe Festigkeit nach der Sinterung - bis zu 1200 MPa
• Ausgezeichnete Verschleißeigenschaften und Verschleißfestigkeit
• Sehr gute Zähigkeit
• Korrosionsbeständig, insbesondere in heißen Arbeitsumgebungen
• Stabile Abmessungen während des Flüssigphasensinterns
• Geringere Kosten als viele Werkzeugstähle und rostfreie Sorten
• Sintern bei niedrigeren Temperaturen, um feine Karbide zu erhalten

Beschränkungen

• Geringere Festigkeit nach vollständiger Wärmebehandlung im Vergleich zu geschmiedeten Gegenstücken
• Nicht empfohlen für Anwendungen mit geringer Belastung - geringe Härtbarkeit
• Anfällig für eine Kornvergröberung über 1250°C
• Schwierige Bearbeitung komplizierter Merkmale aufgrund der Härte
• Große Teile verdichten sich langsamer - Schwindungsvariation
• Teure gaszerstäubte und elektrolytische Pulver

Um den größtmöglichen Nutzen zu erzielen, müssen Ingenieure bei der Konstruktion von Bauteilen die Leistungsparameter von P/M 15n20-Stahl berücksichtigen und dabei sowohl die Möglichkeiten als auch die Beschränkungen berücksichtigen.

FAQs

Was ist 15n20-Stahl?

15n20-Stahl ist ein niedrig legierter pulvermetallurgischer Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl, der nach dem Sintern und/oder einer sekundären Wärmebehandlung eine hohe Festigkeit, Härte, Verschleißfestigkeit und mäßige Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Was ist 15N20 Stahlpulver?

15N20 ist ein kohlenstoffreicher, nickelhaltiger Stahl, der häufig für die Herstellung von Damastklingen und mustergeschweißten Klingen verwendet wird. 15N20-Stahlpulver ist eine fein gemahlene Form dieses Stahls, die häufig in pulvermetallurgischen Verfahren zur Herstellung von Klingen und anderen Metallprodukten verwendet wird.

Was sind die wichtigsten Eigenschaften von 15N20-Stahl?

Der Stahl 15N20 ist bekannt für seinen hohen Kohlenstoffgehalt (ca. 0,75-0,85%), seine Nickellegierung und seine gute Schneidhaltigkeit. Er ist auch für seine Fähigkeit bekannt, komplizierte Muster zu erzeugen, wenn er in Kombination mit anderen Stählen geschmiedet wird.

Wie wird das Stahlpulver 15N20 hergestellt?

15N20-Stahlpulver wird in der Regel durch ein Verfahren namens Zerstäubung oder Gaszerstäubung hergestellt. Bei diesem Verfahren wird geschmolzener 15N20-Stahl durch eine Düse gespritzt und schnell mit einem Hochdruckgas abgekühlt, wodurch feine Pulverpartikel entstehen.

Welche Anwendungen gibt es für 15N20 Stahlpulver?

15N20-Stahlpulver wird hauptsächlich für die Herstellung von Damastklingen und mustergeschweißten Klingen verwendet. Es kann auch für andere Anwendungen verwendet werden, bei denen ein hoher Kohlenstoffgehalt und eine gute Schnitthaltigkeit erwünscht sind, z. B. bei der Herstellung von Messern, Schwertern und Schmiedearbeiten.

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Frequently Asked Questions (Supplemental)

1) What particle size and morphology work best for press-and-sinter 15N20 Steel Powder?

• Sub-45 μm, irregular/angular particles are preferred for higher green strength and compactability. For MIM, a narrower 10–30 μm PSD improves feedstock homogeneity and sinter densification.

2) How do oxygen, nitrogen, and sulfur levels affect 15N20 performance?

• Elevated O/N/S increase oxide/nitride inclusions, reduce toughness, and hinder densification. Specify low interstitials per ISO 4491 and ISO/ASTM 52907 for feedstock, especially when targeting >97% theoretical density.

3) Can 15N20 Steel Powder be used in metal AM?

• Limited but feasible. For binder jetting, water-atomized powders with tailored PSD and carbon control can sinter to high density. For LPBF, crack sensitivity and oxidation risk require spherical, gas-atomized powder and inert handling; applications are niche compared to 17-4PH/Tool steels.

4) What heat treatments are typical after sintering 15N20 parts?

• Common sequences include stress relief, through hardening or induction hardening of wear surfaces, and case hardening (carburizing/carbonitriding) for gears and pins. Aim to balance hardness (surface) and core toughness.

5) How does 15N20 compare to 440C or D2 in wear-critical PM parts?

• 15N20 offers strong wear resistance with better toughness and lower cost than high-Cr tool steels like 440C/D2, but peak hardness is lower. Choose 15N20 for balanced wear/toughness; select 440C/D2 when maximum hardness/corrosion is paramount.

2025 Industry Trends for 15N20 Steel Powder

• Cost control via water atomization: Automotive PM suppliers favor water-atomized 15N20 for drivetrain parts due to robust green strength and lower $/kg versus gas-atomized alternatives.
• Cleaner powders, higher reliability: Tighter O/N/S limits and vacuum annealing pre-treatments improve fatigue performance and reduce scatter in sintered properties.
• Hybrid routes: Binder jetting prototypes of 15N20 geometries matured for pilot runs; production still dominated by press-and-sinter.
• Data-driven sintering: AI-optimized sinter profiles and real-time furnace analytics reduce distortion and increase first-pass yield for high-aspect ratio parts.
• Sustainability metrics: LCA disclosures (ISO 14040/44) and scrap recirculation programs gain traction in RFQs for PM supply chains.

2025 Snapshot: Market, Process, and Performance Indicators

Metrisch	2023 Baseline	2025 Status (est.)	Notes/Source
Water-atomized 15N20 price (bulk >100 kg)	$8–15/kg	$9–16/kg	Stable with energy cost variability
Typical sintered density (press-and-sinter)	6.9–7.3 g/cm³	7.1–7.4 g/cm³	Improved lubricants and compaction
Green strength improvement with optimized lube	-	+10–15%	Supplier lube chemistries, internal trials
Average powder reuse cycles (BJ process)	3-5	6–8	With PSD/O control and sieving
HCF fatigue scatter (CV) for optimized lots	15-20%	10–15%	Cleaner powders, vacuum sinter options

Referenzen:

• ISO 4491 (Metallic powders—Determination of oxygen, hydrogen, nitrogen)
• ISO/ASTM 52907:2023 (Feedstock characterization for AM)
• MPIF Standards (Powder Metallurgy parts and materials)
• OEM/PM supplier white papers on sintering optimization and LCA

Latest Research Cases

Case Study 1: Vacuum-Annealed Water-Atomized 15N20 for High-Load Gears (2025)
Background: An automotive Tier-1 experienced variability in tooth-root fatigue on sintered 15N20 gears.
Solution: Switched to vacuum-annealed powder with lower O/N; tightened PSD to 20–63 μm; implemented compaction pressure mapping and controlled atmosphere sintering; followed by carbonitriding and temper.
Results: Sintered density +0.08 g/cm³, fatigue life median +22%, coefficient of variation −30%, scrap rate −18%. Met internal durability targets without cost increase versus baseline.

Case Study 2: Binder Jetting 15N20 Bushings with Carbon Control (2024)
Background: An industrial customer needed rapid iterations of wear bushings with oil grooves.
Solution: BJT using fine 10–25 μm powder; debind/sinter profile with carbon pick-up control; optional steam treatment for surface hardening; final sizing.
Results: Relative density 96–98%, wear rate −15% vs. conventionally machined 1045 baseline, dimensional change within ±0.3%. Lead time cut from 6 weeks to 10 days for pilot batches.

Expertenmeinungen

• Dr. Randall M. German, Distinguished Professor (Emeritus), Powder Metallurgy
• Viewpoint: “For 15N20 Steel Powder, interstitials and PSD uniformity dominate sintering kinetics and final properties—tight control there buys more than incremental furnace tweaks.”
• Dr. Claire L. Davis, Professor of Materials Engineering, University of Birmingham
• Viewpoint: “Heat-treatment strategies that separate surface hardness from core toughness—like controlled carbonitriding—unlock the best balance for wear-critical PM components.”
• Markus Schneider, VP Engineering, MPIF Member Company
• Viewpoint: “Water-atomized 15N20 remains the cost-performance sweet spot for automotive PM; gas-atomized is justified only when flowability or purity unlocks critical features.”

Practical Tools/Resources

• MPIF Standards and Design Guidelines for PM parts (mpif.org)
• ISO 4491 series: Determination of O/H/N in metal powders (iso.org)
• ISO/ASTM 52907: Feedstock characterization for AM powders (iso.org; astm.org)
• ASTM B214/B213: Sieve analysis and flow rate for metal powders (astm.org)
• ASM Handbook, Vol. 7: Powder Metallurgy (asminternational.org)
• Granta MI: Materials data management and traceability for PM/AM (ansys.com)
• OSHA/NFPA 484: Combustible metal powder safety best practices (osha.gov; nfpa.org)

Last updated: 2025-10-13
Changelog: Added 5 supplemental FAQs; introduced 2025 trends with data table; provided two recent case studies; included expert viewpoints; compiled practical tools/resources; integrated 15N20 Steel Powder keyword variations
Next review date & triggers: 2026-04-15 or earlier if MPIF/ISO standards update for P/M steels, significant raw material price shifts (>15%), or new OEM qualification data for 15N20 in BJ/AM processes is published