Edelstahl 316L-Pulver für den Metall-3D-Druck
Edelstahlpulver 316L ist eine Art von Edelstahlpulver, das Molybdän enthält und einen geringen Kohlenstoffgehalt aufweist. Es handelt sich um einen austenitischen Chrom-Nickel-Edelstahl, der sich durch hohe Festigkeit und hervorragende Korrosionsbeständigkeit auszeichnet. 316L-Pulver wird häufig für 3D-Druck- oder additive Fertigungsanwendungen in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Automobilindustrie und der allgemeinen Fertigung verwendet.
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Inhaltsübersicht
Übersicht
Edelstahlpulver 316L ist eine Art von Edelstahlpulver, das Molybdän enthält und einen geringen Kohlenstoffgehalt aufweist. Es handelt sich um einen austenitischen Chrom-Nickel-Edelstahl, der sich durch hohe Festigkeit und hervorragende Korrosionsbeständigkeit auszeichnet. 316L-Pulver wird häufig für 3D-Druck- oder additive Fertigungsanwendungen in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Automobilindustrie und der allgemeinen Fertigung verwendet.
Zu den wichtigsten Eigenschaften und Merkmalen von 316L-Pulver gehören:
Zusammensetzung: Eisen, Chrom, Nickel, Molybdän, Mangan, Silizium, Kohlenstoff, Phosphor, Schwefel
Form der Partikel: Sphärisch, hohe Fließfähigkeit
Partikelgröße: 15-45 Mikrometer, Submikrongrößen verfügbar
Die Dichte: Ca. 7,9 g/cc
Schmelzpunkt: 1381-1400°C
Hauptmerkmale: Korrosionsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit, Schweißbarkeit, Festigkeit, Biokompatibilität
Gebräuchliche Handelsnamen: 316L, 1.4404, 1.4435
316L-Pulver kann für den Druck starker und haltbarer Teile mit komplexen Geometrien in verschiedenen 3D-Druckverfahren wie selektives Lasersintern (SLS), direktes Metall-Lasersintern (DMLS), Elektronenstrahlschmelzen (EBM), Binder-Jetting usw. verwendet werden.
Arten von 316L-Pulver
Es gibt einige Haupttypen von 316L-Edelstahlpulvern:
Gasverdüstes 316L-Pulver
- Hergestellt im Inertgas-Zerstäubungsverfahren
- Sphärische Partikel mit glatter Oberfläche
- Leicht fließend, dicht verpackt für den Druck
- Gute Verteilbarkeit und Verdichtung
- Weit verbreitet für den laserbasierten und Binderjet-3D-Druck
Wasserverdüstes 316L-Pulver
- Hergestellt mit Hochdruck-Wasserstrahlen
- Unregelmäßige Partikelform
- Poröse Oberfläche, hoher Sauerstoffgehalt
- Geringere Kosten im Vergleich zu gaszerstäubtem Pulver
- Hauptsächlich für Press- und Sinteranwendungen verwendet
Plasma-zerstäubtes 316L-Pulver
- Hergestellt mit Plasmazerstäubung
- Sehr kugelförmige Partikel
- Kontrollierte Partikelgrößenverteilung
- Einsatz in kritischen Anwendungen, die eine hohe Dichte erfordern
- Teuer im Vergleich zu anderen Zerstäubungsmethoden
Recyceltes 316L-Pulver
- Zurückgewonnenes unbenutztes Pulver aus 3D-Bauten
- Kann gemischte Partikelformen und -größen aufweisen
- Erfordert zusätzliche Siebung und Verarbeitung
- Kostengünstigere Option für nicht kritische Anwendungen
- Bedenken wegen Kontamination durch frühere Bauvorhaben
316L Pulver-Zusammensetzung
Edelstahl 316L erhält seine Korrosionsbeständigkeit durch Chrom und Molybdän, die mit Eisen legiert sind. Hier ist die elementare Zusammensetzung von 316L-Pulver:
| Element | Zusammensetzung Bereich |
|---|---|
| Eisen (Fe) | Bilanz |
| Chrom (Cr) | 16-18% |
| Nickel (Ni) | 10-14% |
| Molybdän (Mo) | 2-3% |
| Mangan (Mn) | ≤ 2% |
| Silizium (Si) | ≤ 1% |
| Kohlenstoff (C) | ≤ 0,03% |
| Phosphor (P) | ≤ 0,045% |
| Schwefel (S) | ≤ 0,03% |
Der niedrige Kohlenstoffgehalt verringert die Karbidausscheidung beim Schweißen und erhöht die Korrosionsbeständigkeit. Der Zusatz von Molybdän verbessert die Lochfraß- und Spaltkorrosionsleistung in chloridhaltigen Umgebungen.
Die Zusammensetzung entspricht den nationalen und internationalen Güten wie UNS S31603, W.Nr 1.4404, AISI 316L und ISO 5832-1. Kundenspezifische Legierungen sind für spezielle Anforderungen ebenfalls möglich.
Wichtige Eigenschaften und Merkmale
316L-Pulver verfügt über eine einzigartige Kombination hervorragender Eigenschaften, die es für verschiedene kritische Hochleistungsanwendungen in verschiedenen Branchen geeignet macht.
Korrosionsbeständigkeit Ausgezeichnete Beständigkeit gegen Lochfraß, Spaltkorrosion und Spannungsrisskorrosion in Säuren, Laugen, Salzen und organischen Chemikalien
Mechanische Eigenschaften Hohe Zugfestigkeit und Streckgrenze in Verbindung mit guter Duktilität und Schlagzähigkeit
Hitzebeständigkeit Kann bei bestimmten Anwendungen einem Dauerbetrieb bis zu ~900°C und einer intermittierenden Belastung darüber hinaus standhalten
Schweißeignung Leicht schweißbar und weniger anfällig für Sensibilisierung beim Schweißen im Vergleich zu unstabilisierten Sorten
Biokompatibilität Ungiftig mit hoher Biokompatibilität zur Verwendung in medizinischen Implantaten und Geräten
In der folgenden Tabelle werden die wichtigsten Eigenschaften von 316 und 316L Pulver verglichen:
| Eigentum | 316 Puder | 316L-Pulver |
|---|---|---|
| Dichte (g/cc) | 7.9 | 7.9 |
| Schmelzpunkt (°C) | 1375-1400 | 1381-1400 |
| Endgültige Zugfestigkeit (MPa) | ≥ 515 | ≥ 485 |
| Streckgrenze (MPa) | ≥ 170 | ≥ 170 |
| Dehnung (%) | ≥ 40 | ≥ 35 |
| Elastizitätsmodul (GPa) | 193 | 193 |
| Wärmeleitfähigkeit (W/m-K) | 16.2 | 16.2 |
| Wärmeausdehnung (μm/m-°C) | 15-16.5 | 15-16.5 |
| Korrosionsbeständigkeit | Sehr gut | Ausgezeichnet |
| Pitting Resistance Equivalency Number (PREN) | 24-26 | 25-27 |
| Magnetische Permeabilität | Nicht-magnetisch | Nicht-magnetisch |
| Biokompatibilität | Gut | Ausgezeichnet |
Die bessere Korrosionsbeständigkeit von 316L-Pulver lässt sich auf den höheren PREN- und den geringeren Kohlenstoffgehalt im Vergleich zu 316-Pulver zurückführen. 316L bietet auch eine bessere Biokompatibilität und wird bevorzugt für Dauerimplantate im menschlichen Körper verwendet.
Anwendungen von 316L-Pulver
316L-Pulver wird u. a. in folgenden Bereichen eingesetzt:
Additive Fertigung SLS/DMLS/EBM-Druck von Endverbrauchs-Metallteilen in der Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Automobilindustrie, Werkzeugbau usw.
Biomedizinische Implantate Herstellung von Implantaten wie Knie- und Hüftprothesen, Wirbelsäulenstäben, zahnmedizinischen Vorrichtungen usw.
Ausrüstung für die Lebensmittelverarbeitung Ventile, Armaturen, Verbindungselemente, Maschinenteile für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie
Chemische Verarbeitungsindustrie
Pumpenlaufräder, Gehäuse, Ventilkörper und andere medienberührte Bauteile
Marine Anwendungen
Wellen, Armaturen, Kupplungen, Flansche, Propeller, die in der Schifffahrt verwendet werden
316L bietet dank seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit in Verbindung mit hoher Festigkeit außergewöhnliche Leistungen in diesem breiten Anwendungsspektrum.
Hier sehen Sie einige Beispiele von Teilen aus 316L, die mit additiver Fertigung gedruckt wurden:
| Industrie | Typische AM-Teile |
|---|---|
| Luft- und Raumfahrt | Turbinenschaufeln, Strukturkonsolen, Laufräder |
| Automobilindustrie | Kundenspezifische Befestigungen, Sensoren, leichte Fahrwerksteile |
| Medizinische | Chirurgische Instrumente, Prothetik, Implantate |
| Werkzeugbau | Spritzgussformen, Extrusionswerkzeuge, Vorrichtungen und Halterungen |
316L-Pulver Spezifikationen
Das für AM verwendete 316L-Pulver muss den folgenden Spezifikationen entsprechen oder diese übertreffen:
Partikelgrößenverteilung
| Größe (μm) | Verteilung (%) |
|---|---|
| 20-63 | ≥ 95 |
| 15-45 | Optimal |
Scheinbare Dichte Normalerweise 4,0-4,8 g/cc
Durchflussmenge
Hall-Durchflussmesser > 15 sec/50g
Chemische Zusammensetzung Gemäß den oben genannten Spezifikationen für die Sorte 316L
Mikrostruktur
Vollständig austenitisch, keine Stringer und Satelliten
Partikelform Überwiegend kugelförmige Morphologie
Oberflächenbeschaffenheit Glatte Oberflächenbeschaffenheit der Partikel
Sauerstoffgehalt Meistens <1000 ppm
Sättigungsmagnetisierung < 3,1 emu/g
Seriöse Hersteller von 316L-Pulver produzieren Material, das diese Spezifikationen für AM erfüllt oder übertrifft. Jede Charge wird mit einem Analysezertifikat aus unabhängigen Tests geliefert.
316L-Pulver Lieferanten
Zu den weltweit führenden Anbietern von 316L-Edelstahlpulver gehören:
| Unternehmen | Produktionskapazität | Kosten pro KG |
|---|---|---|
| Sandvik Fischadler | 200 MT jährlich | $50-90 |
| Zimmerer-Zusatzstoff | Benutzerdefiniert | $75-150 |
| Praxair | 100 MT jährlich | $40-80 |
| Höganäs | 500 MT jährlich | $30-60 |
| CNPC-Pulver | 1000 MT jährlich | $25-50 |
Kundenspezifische Legierungen mit speziellen Partikelgrößenverteilungen oder strengeren chemischen Kontrollen können 20-50% mehr kosten als Standard 316L-Pulverzusammensetzungen.
Was die Preisgestaltung angeht, so kostet gasverdüstes 316L-Pulver, das für AM geeignet ist, in der Regel zwischen $30-150 pro kg, je nach Qualität, Chargengröße und geografischer Region. Wasserzerstäubte und plasmagestäubte Sorten liegen am unteren und oberen Ende dieser Spanne
Vor- und Nachteile von 316L-Pulver für die additive Fertigung
Vorteile von 316L-Pulver
Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit Bis zu 25-30% bessere Lochfraß- und Spaltkorrosionsbeständigkeit im Vergleich zu 316er Pulver
Biokompatibel und ungiftig Sicher bei längerem Hautkontakt und zur Verwendung in medizinischen Implantaten
Hohe mechanische Festigkeit Zugfestigkeit >485 MPa, entspricht und übertrifft die Eigenschaften von gegossenem/geknetetem 316L
Hervorragende Leistung bei Ermüdung Sehr hohe Ermüdungsgrenze, die zu einer langen Lebensdauer der Komponenten führt
Leichtere Teile Geringeres Gewicht der Bauteile führt zu einer verbesserten Kraftstoffeffizienz der Fahrzeuge
Hohe Temperaturstabilität
Kann bei bestimmten Anwendungen Temperaturen von über 650°C standhalten
Leichte Verschweißbarkeit Kompatibel mit fast allen Schweißverfahren. Hervorragend geeignet für Reparaturen und Nachbearbeitungen
Glattere Oberflächen Unbedruckte Oberflächen, die weniger Nachbearbeitung und Nacharbeit erfordern
Kosten-Wirksamkeit Vergleichbare Kosten wie bei Edelstahl 316 und billiger als exotische Legierungen
Kundenspezifische Legierungen möglich Kann Pulverzusammensetzungen entwickeln, die auf eine bestimmte Anwendung zugeschnitten sind
Schnelleres, kostengünstigeres Prototyping Kein Bedarf an harten Werkzeugen wie Guss- und Bearbeitungsformen
Nachteile der Verwendung von 316L-Pulver für AM
Anisotropes mechanisches Verhalten
Variiert je nach Build-Richtung. Erfordert Design- und Testüberlegungen.
Potenzielle interne Defekte
Fehlende Verschmelzung, nicht geschmolzene Partikel, Porosität. Hängt vom verwendeten AM-Verfahren ab.
Post-Processing-Anforderungen Das Entfernen von Stützen, die Fertigbearbeitung, das Glühen usw. können die Kosten erhöhen.
Begrenzte Teilegröße Begrenzt durch die Abmessungen der Baukammer (die mit neuen Maschinen ständig verbessert werden)
Orientierungszwänge Einige Geometrien benötigen Stützstrukturen und können die Gestaltungsfreiheit einschränken
Eigenschaft Variabilität
Die Wiederverwendung/Wiederverwertung von Pulver kann von Charge zu Charge zu schlechteren Eigenschaften führen.
Beschränkungen der Oberflächenbeschaffenheit Kann stärker schwanken als herkömmliche subtraktive Bearbeitungsverfahren
Ausrüstung und Materialkosten Hohe Investitionen in die Ausrüstung. Große Pulvermengen für große Teile erforderlich.
Fehlen von Designstandards Sich schnell entwickelnder Bereich. Fortlaufende Qualifikationstests erforderlich.
Vergleich zwischen 316L vs. 17-4PH vs. 15-5 PH Edelstahlpulvern
Pulver aus rostfreiem Stahl 316L ist die erste Wahl für viele Anwendungen der additiven Fertigung, die eine gute mechanische Leistung in Verbindung mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit erfordern. Für anspruchsvollere Anwendungen werden jedoch zunehmend auch hochfeste Strukturpulver wie 17-4PH und 15-5 PH eingesetzt.
Im Folgenden werden die wichtigsten Pulvereigenschaften dieser Edelstahllegierungen im Vergleich dargestellt, die für AM relevant sind:
| Pulvereigenschaft | EDELSTAHL 316L | 17-4PH SS | 15-5 PH SS |
|---|---|---|---|
| Korrosionsbeständigkeit | Ausgezeichnet | Mäßig | Mäßig |
| Zugfestigkeit | 485-550 MPa | 1050-1200 MPa | 1050-1150 MPa |
| Streckgrenze | 170-340 MPa | 900-1100 MPa | 900-1000 MPa |
| Dehnung | 35-50% | 8-13% | 10-16% |
| Ermüdungsfestigkeit | 170-200 MPa | 500-700 MPa | 550-650 MPa |
| Hohe Temperaturstabilität | Messe | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet |
| Schweißeignung | Ausgezeichnet | Messe | Gut |
| Kosten pro kg | $30-150 | $150-250 | $100-200 |
Aus diesem Produktvergleich lassen sich die folgenden Schlussfolgerungen ziehen:
- Für höchste Korrosionsbeständigkeit und gute Schweißbarkeit ist 316L unübertroffen.
- Wenn die hohe Festigkeit schwerer wiegt als die Korrosionsbeständigkeit, sind 17-4PH und 15-5 PH besser geeignet.
- 17-4PH SS-Pulver bietet die beste Hochtemperatur-Kriechbeständigkeit
- 15-5PH bietet das optimale Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Schweißbarkeit/Bearbeitbarkeit
- 316L ist die kostengünstigste Option, während 17-4PH-Pulver relativ teuer ist.
Durch die sorgfältige Auswahl der richtigen Sorte für eine Anwendung kann der Käufer die ideale Kombination aus Eigenschaften und Preis-Leistungs-Verhältnis erzielen.
FAQs
Hier finden Sie Antworten auf einige häufig gestellte Fragen zu 316L-Edelstahlpulver für AM-Prozesse:
Welche additiven Fertigungsverfahren verwenden 316L-Pulver?
316L-Pulver ist mit allen wichtigen direkten Metall-AM-Verfahren kompatibel, die Metalle drucken können. Dazu gehören:
- Pulverbettschmelzen - SLS, DMLS, SLM
- Gezielte Energieabscheidung - LENS, EBAM, Laser Cladding
- Gebundene Metallabscheidung - Binder Jetting
Was sind häufige Fehler bei 316L-Teilen in der AM? Wie können sie vermieden werden?
Einige Defekte an 316L-Teilen sind zu finden:
- Fehlende Verschmelzung - Unzureichendes Schmelzen des Pulvers. Laserleistung/Geschwindigkeit erhöhen
- Gasporosität - Optimieren Sie Scanmuster. Heißisostatisches Pressen verwenden
- Rissbildung - Tragstrukturen ändern. Thermische Spannungen optimieren
- Ungeschmolzene Partikel - Auf gleichmäßige Pulverschichten achten. Richtig absieben.
Welche Partikelgröße ist ideal für 316L-Pulver in AM?
Für die meisten AM-Verfahren werden 15-45 Mikrometer empfohlen. Feineres Pulver lässt sich besser verteilen, kann aber den Fluss und die Wiederbeschichtung beeinträchtigen. Gröbere Partikel sind schlecht verdichtbar.
Welche Nachbearbeitung wird bei 316L AM-Teilen üblicherweise durchgeführt?
Nachbearbeitungsschritte tragen zur Verbesserung der endgültigen Teileigenschaften bei:
- Entfernung der Stütze durch Bearbeitung/Schleifen
- Heißisostatisches Pressen zur Beseitigung innerer Hohlräume
- Lösungsglühen und Alterung zur Verfeinerung des Gefüges
- Oberflächenbearbeitung wie CNC-Bearbeitung und Polieren
Welchen Normen muss das 316L-Pulver für AM genügen?
Auch wenn die Normen noch in der Entwicklung begriffen sind, gehören zu den wichtigsten die folgenden:
- ASTM F3049 - Metallische AM-Pulver
- ASTM F3056 - Charakterisierung von AM-Metallpulvern
- ASTM F3301 - Eigenschaften für additivierte Teile
- ISO/ASTM 52904 - Prozessparameter
Können 316L-Teile nach der additiven Fertigung geschweißt oder repariert werden?
Ja, 316L ist sehr gut schweißbar, und AM-gefertigte Komponenten können mit Techniken wie WIG-Schweißen geschweißt, repariert und nachbearbeitet werden. Die Entwicklung geeigneter Verfahren ist für fehlerfreie Schweißnähte unerlässlich.
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