Polvo de acero inoxidable 304l

Visión general

El polvo de acero inoxidable 304L es un polvo de acero inoxidable austenítico de cromo-níquel con bajo contenido de carbono. Ofrece excelente resistencia a la corrosión, buena conformabilidad y soldabilidad, y se usa ampliamente para aplicaciones de pulvimetalurgia.

La 'L' indica menor contenido de carbono en comparación con el grado estándar 304. El bajo contenido de carbono minimiza la precipitación de carburo y maximiza la resistencia a la corrosión. La pulvimetalurgia 304L proporciona una alternativa rentable al 316L para aplicaciones no críticas que no necesitan aleación de molibdeno.

Este artículo proporciona una mirada en profundidad a la composición, las propiedades, el procesamiento, las aplicaciones, las especificaciones, los proveedores, los costos y otros detalles técnicos del recubrimiento en polvo de acero inoxidable 304L.

Composición

La composición nominal del polvo de acero inoxidable 304L se detalla a continuación:

Tabla: Composición típica del polvo de acero inoxidable 304L

El cromo y el níquel son los principales elementos de aleación. El cromo proporciona resistencia a la corrosión y oxidación. El níquel mejora la ductilidad, la tenacidad y la soldabilidad.

El manganeso y el silicio aumentan la resistencia. El carbono se mantiene muy bajo para una resistencia óptima a la corrosión. El azufre, el fósforo y el nitrógeno son impurezas que se minimizan.

Propiedades

Las propiedades clave del polvo de acero inoxidable 304L en estado recocido se proporcionan a continuación:

Tabla: Propiedades del polvo de acero inoxidable 304L

La combinación de propiedades hace que el 304L sea muy útil para una amplia gama de aplicaciones. La microestructura austenítica proporciona ductilidad, tenacidad y comportamiento no magnético. El 304L tiene una excelente resistencia a la corrosión comparable al acero inoxidable 316L.

Al seleccionar polvo con contenido de carbono ultra bajo, se puede evitar la precipitación de carburo para maximizar la resistencia a la corrosión en aplicaciones críticas. La resistencia y la dureza se pueden aumentar mediante el trabajo en frío.

Aplicaciones

Las aplicaciones típicas del polvo de acero inoxidable 304L incluyen:

• Equipos de procesamiento de alimentos
• Herramientas farmacéuticas
• Componentes de plantas químicas
• Paneles arquitectónicos, barandillas.
• Instrumentos médicos e implantes.
• Hardware marino, accesorios, sujetadores.
• Productos de consumo, electrodomésticos
• Piezas mecánicas de pulvimetalurgia.
• polvos de impresión 3D

El 304L proporciona una resistencia a la corrosión rentable en comparación con el 316L cuando no se necesita una aleación de molibdeno para entornos altamente corrosivos. La excelente capacidad de pulido y las propiedades no magnéticas también son adecuadas para el 304L para revestimientos arquitectónicos y componentes de hardware.

La pulvimetalurgia se utiliza comúnmente para producir pequeñas piezas de precisión a partir de 304L en grandes volúmenes en comparación con el mecanizado. La fabricación aditiva utiliza polvo 304L para prototipos, herramientas y componentes de uso final en todas las industrias.

Fabricación de polvo

El polvo de acero inoxidable 304L se fabrica comercialmente mediante procesos de atomización con gas o atomización con agua.

En atomización de gas, una corriente de gas inerte a alta presión desintegra el metal fundido en finas gotas, produciendo polvos esféricos ideales para la fabricación aditiva y MIM. La distribución del tamaño de las partículas se controla mediante parámetros del proceso.

Atomización del agua utiliza chorros de agua a alta presión para dividir la corriente de metal en partículas finas. Esto genera formas irregulares de partículas satélite. El polvo requiere un tratamiento posterior para la fabricación aditiva.

Atomización por plasma A veces se utiliza para producir polvos limpios y muy esféricos a partir de una corriente de plasma metálico en una atmósfera inerte controlada. Esto garantiza una alta pureza y fluidez.

Especificaciones del polvo

El polvo de acero inoxidable 304L está disponible comercialmente en varios rangos de tamaño, morfologías y niveles de calidad. Algunas especificaciones típicas del polvo se encuentran a continuación:

Tabla: especificaciones del polvo de acero inoxidable 304L

Se prefieren tamaños de partículas más pequeños por debajo de 45 μm para capturar características finas en la fabricación aditiva. Las partículas esféricas proporcionan una buena fluidez. La densidad aparente se correlaciona con la eficiencia del embalaje del polvo.

La alta pureza, el bajo nivel de oxígeno y los niveles de humedad controlados garantizan propiedades sinterizadas de calidad. El polvo atomizado con gas ofrece las mejores especificaciones para aplicaciones críticas.

Normas y calificaciones

El polvo de acero inoxidable 304L cumple con las siguientes normas:

• ASTM A240: norma para placas, láminas y tiras de acero inoxidable con cromo y cromo-níquel
• ASTM A313: norma para alambre para resortes de acero inoxidable
• ASTM A314 – Norma para alambre doblado de acero inoxidable
• AMS 5501 – Barras de acero inoxidable, alambre, piezas forjadas, tubos con bajo contenido de carbono.
• AMS 5647 – Polvo de acero inoxidable, atomizado, 304L

Los grados equivalentes incluyen:

• UNS S30403
• Taller nº 1.4306
• SUS 304L
• SS2348

El polvo se puede obtener según las especificaciones ASTM o una composición personalizada para aplicaciones específicas. Los polvos ultrabajos en carbono y de prensado simple proporcionan propiedades óptimas.

Análisis de costes

El polvo de acero inoxidable 304L cuesta entre $15-30 por kg para material atomizado con gas. El polvo atomizado con agua es más barato a $8-15/kg pero tiene menos esfericidad.

Los precios varían según el volumen del pedido, el rango de tamaño de partículas, la morfología del polvo, los niveles de pureza y los márgenes del fabricante/distribuidor.

Para piezas terminadas, 304L representa 30-60% del costo de los componentes MIM, dependiendo del tamaño y la complejidad de la pieza. Las piezas pequeñas en grandes volúmenes tienen una menor proporción del costo del material.

Almacenamiento y manipulación de polvo

Para evitar la contaminación y mantener las propiedades del polvo, el polvo de acero inoxidable 304L debe almacenarse y manipularse de la siguiente manera:

• Conservar en recipientes herméticos en un lugar fresco y seco
• Utilice purga de gas inerte o vacío para evitar la acumulación de humedad.
• Mantener alejado de chispas, llamas y fuentes de ignición.
• Poner a tierra todos los equipos de manipulación y transferencia de polvo.
• Evite el contacto con contaminantes como aceite, grasa, pinturas, etc.
• Utilice EPP: mascarilla, guantes y protección para los ojos cuando manipule polvo.

Los derrames de polvo deben limpiarse de inmediato utilizando herramientas que no produzcan chispas y una aspiradora HEPA. Los polvos son moderadamente sensibles a la humedad y la exposición al aire. El almacenamiento adecuado es clave.

Moldeo por inyección de metales

304L se usa ampliamente para el moldeo por inyección de metal de piezas pequeñas y complejas aprovechando la metalurgia de polvos. Las consideraciones clave incluyen:

• Materia prima: 60-68% carga de polvo con sistema aglutinante multicomponente
• Moldeado: Tamaño de disparo alto, velocidad de inyección rápida, presión de retención alta
• Debinding: Desaglomerado con disolvente seguido de desaglomerado térmico.
• Sinterización: 1350-1400°C en atmósfera de hidrógeno o vacío
• Operaciones Secundarias: Mecanizado, marcado láser, pasivado, electropulido

Las oficinas de servicio de MIM han establecido mejores prácticas para piezas 304L de alto rendimiento con propiedades sinterizadas cercanas al material forjado.

Diseño para AM

Para la fabricación aditiva que utiliza polvo de acero inoxidable 304L, las pautas de diseño clave incluyen:

• Mantener espesores de pared superiores a 1 mm.
• Utilice geometrías autoportantes con ángulos superiores a 45°
• Incluye orificios de drenaje para eliminar el polvo sin fusionar.
• Observe los efectos de la orientación de la construcción en las propiedades.
• Tenga en cuenta la contracción 20-25% al diseñar piezas coincidentes
• Incluye tolerancias de mecanizado de 0,5 a 1 mm para ajustes críticos
• Reduce voladizos, puentes y detalles finos que requieren soportes.

Control de calidad

Las pruebas de control de calidad realizadas en polvo de acero inoxidable 304L incluyen:

• Análisis químico – ICP y OES para verificar la composición.
• Análisis del tamaño de partículas: analizador del tamaño de partículas por difracción láser
• Morfología del polvo: imágenes SEM con grandes aumentos
• Densidad aparente y densidad del grifo: método del caudalímetro Hall
• Caudal de polvo: método de embudo caudalímetro Hall
• Pérdida por ignición: horno de gravedad sin gravedad ASTM E
• Análisis de humedad: valoración Karl Fischer, análisis LECO

Para piezas MIM sinterizadas, las pruebas incluyen:

• Tolerancias dimensionales – Inspección CMM
• Densidad – método de Arquímedes
• Microestructura: microscopía óptica, análisis de imágenes.
• Ensayos mecánicos: dureza, tracción, fatiga, impacto Charpy.

Salud y seguridad

Como la mayoría de los polvos y piezas de acero inoxidable, el 304L presenta pocos riesgos para la salud con un manejo adecuado:

• Utilice EPP al manipular polvo: mascarilla, guantes, gafas protectoras.
• Evite el contacto con la piel para prevenir la sensibilización.
• Utilice una aspiradora con filtro HEPA para limpiar el polvo y el polvo.
• Evite respirar los vapores de soldadura o fusión.
• Eliminar de acuerdo con las regulaciones ambientales locales.
• Asegúrese de que exista ventilación y protección respiratoria adecuadas al rectificar o mecanizar piezas sinterizadas.

No se necesitan precauciones especiales de eliminación para el 304L. Con procedimientos sólidos, representa un riesgo mínimo para los trabajadores y el medio ambiente.

PREGUNTAS FRECUENTES

1. ¿Cuál es la diferencia entre el polvo de acero inoxidable 304 y 304L?

   304L tiene un contenido de carbono menor (<0,03%) que 304 (<0,08%) para una mejor resistencia a la corrosión, especialmente para soldadura. 304 es más común.

2. ¿El polvo 304L requiere una atmósfera controlada?

   No necesariamente, pero el almacenamiento en recipientes sellados con gas inerte evita la oxidación y la contaminación.

3. ¿Qué tamaño de partícula es mejor para la AM?

   15-45 micrones es típico para la fusión AM en lecho de polvo para proporcionar un buen flujo y alta resolución. También se utilizan tamaños más grandes, de 45 a 100 micras.

4. ¿Se utiliza 304L para la impresión 3D de metal?

   Sí, el 304L se utiliza ampliamente para la impresión 3D con lecho de polvo y por deposición de energía dirigida para fabricar prototipos, herramientas y piezas de uso final.

5. ¿Qué causa que el polvo se oxide y pierda su reutilización?

   La exposición al aire/humedad provoca oxidación de la superficie. Esto lo evita un almacenamiento sellado adecuado con desecantes y absorbentes de oxígeno.

6. ¿El 304L requiere recocido en solución después de la sinterización por láser?

   Sí, el alivio de tensiones a 1050-1150 °C y el enfriamiento rápido ayudan a restaurar la ductilidad y la tenacidad después de la rápida solidificación.

7. ¿Qué acabado se puede esperar de las piezas MIM 304L sinterizadas?

   Alrededor de Ra 3-6 micras inicialmente. El pulido y el grabado pueden alcanzar menos de 0,5 micras. El revestimiento también proporciona un acabado suave.

8. ¿Qué tolerancia se puede lograr con las piezas 304L MIM?

   ±0,1-0,3% es típico, pero son posibles tolerancias inferiores a ±0,1% para componentes de alta precisión.

9. ¿Por qué se prefiere el 304L al acero inoxidable 304?

   El bajo contenido de carbono le da al 304L una mejor resistencia a la corrosión, especialmente para soldaduras, lo que reduce la sensibilización. Se ha convertido en el grado dominante.

10. ¿Cuál es la prima de costo del 304L frente al 304 en polvo?

    Normalmente, el 10-30% cuesta más que el 304L debido a la menor composición de carbono. El precio también depende de las cantidades pedidas.