Acier inoxydable 304l Poudre

Vue d'ensemble

La poudre d'acier inoxydable 304L est une poudre d'acier inoxydable austénitique au chrome-nickel à faible teneur en carbone. Il offre une excellente résistance à la corrosion, une bonne formabilité et soudabilité et est largement utilisé pour les applications de métallurgie des poudres.

Le « L » indique une teneur en carbone inférieure à celle du grade standard 304. La faible teneur en carbone minimise les précipitations de carbure et maximise la résistance à la corrosion. Métallurgie des poudres Le 304L offre une alternative rentable au 316L pour les applications non critiques ne nécessitant pas d'alliage de molybdène.

Cet article fournit un examen approfondi de la composition, des propriétés, du traitement, des applications, des spécifications, des fournisseurs, des coûts et d'autres détails techniques du revêtement en poudre d'acier inoxydable 304L.

Composition

La composition nominale de la poudre d’acier inoxydable 304L est listée ci-dessous :

Tableau : Composition typique de la poudre d'acier inoxydable 304L

Élément	Poids %
Chrome (Cr)	18-20
Nickel (Ni)	8-10.5
Manganèse (Mn)	<2
Silicium (Si)	<1
Carbone (C)	<0.03
Soufre (S)	<0.03
Phosphore (P)	<0,045
Azote (N)	<0,1
Fer (Fe)	Équilibre

 

Le chrome et le nickel sont les principaux éléments d'alliage. Le chrome offre une résistance à la corrosion et à l'oxydation. Le nickel améliore la ductilité, la ténacité et la soudabilité.

Le manganèse et le silicium augmentent la résistance. Le carbone est maintenu à un niveau très faible pour une résistance optimale à la corrosion. Le soufre, le phosphore et l'azote sont des impuretés minimisées.

Propriétés

Les propriétés clés de la poudre d'acier inoxydable 304L à l'état recuit sont indiquées ci-dessous :

Tableau : Propriétés de la poudre d'acier inoxydable 304L

Propriété	Valeur
Densité	7,9-8,1 g/cm3
Résistance ultime à la traction	505-620 MPa
Limite d'élasticité	205-275 MPa
Élongation	≥40%
Dureté	≤92 HRB
Module d'élasticité	190-210 GPa
Point de fusion	1400-1450°C
Conductivité thermique	16 W/mK
Résistivité électrique	0,072 μΩ-cm

 

La combinaison de propriétés rend le 304L très utile pour un large éventail d'applications. La microstructure austénitique offre ductilité, ténacité et comportement non magnétique. Le 304L présente une excellente résistance à la corrosion comparable à l’acier inoxydable 316L.

En sélectionnant une poudre à très faible teneur en carbone, la précipitation du carbure peut être évitée afin de maximiser la résistance à la corrosion dans les applications critiques. La résistance et la dureté peuvent être augmentées grâce au travail à froid.

Applications

Les applications typiques de la poudre d'acier inoxydable 304L comprennent :

• Équipement de transformation des aliments
• Outillage pharmaceutique
• Composants d'usine chimique
• Panneaux architecturaux, garde-corps
• Instruments médicaux et implants
• Quincaillerie marine, raccords, fixations
• Produits de consommation, appareils ménagers
• Pièces mécaniques de métallurgie des poudres
• Poudres d'impression 3D

Le 304L offre une résistance à la corrosion rentable par rapport au 316L lorsque l’alliage de molybdène n’est pas nécessaire pour les environnements hautement corrosifs. L'excellente polissabilité et les propriétés non magnétiques conviennent également au 304L pour les revêtements architecturaux et les composants de quincaillerie.

La métallurgie des poudres est couramment utilisée pour produire de petites pièces de précision à partir de 304L à des volumes élevés plutôt que par usinage. La fabrication additive utilise de la poudre 304L pour les prototypes, les outils et les composants finaux dans toutes les industries.

Fabrication de poudres

La poudre d'acier inoxydable 304L est fabriquée commercialement via des processus d'atomisation de gaz ou d'eau.

Dans atomisation du gaz, un flux de gaz inerte à haute pression désintègre le métal fondu en fines gouttelettes, produisant des poudres sphériques idéales pour la fabrication additive et le MIM. La distribution granulométrique est contrôlée par les paramètres du processus.

Vaporisation de l'eau utilise des jets d’eau à haute pression pour briser le flux de métal en fines particules. Cela génère des formes de particules satellites irrégulières. La poudre nécessite un post-traitement pour la fabrication additive.

Atomisation par plasma est parfois utilisé pour produire des poudres très sphériques et propres à partir d'un flux de plasma métallique dans une atmosphère inerte contrôlée. Cela garantit une pureté et une fluidité élevées.

Spécifications de la poudre

La poudre d'acier inoxydable 304L est disponible dans le commerce dans différentes gammes de tailles, morphologies et niveaux de qualité. Certaines spécifications typiques de la poudre sont ci-dessous :

Tableau : spécifications de la poudre d'acier inoxydable 304L

Attribut	Détails
Taille des particules	15-45 μm, 10-100 μm
Morphologie	Sphérique, irrégulier
Densité apparente	2,5-4,5 g/cm3
Densité du robinet	4-5 g/cm3
Débit de Hall	<30 s/50g
La pureté	>99,5%
Teneur en oxygène	<2000 ppm
Teneur en eau	<0,2%

 

Les tailles de particules plus petites, inférieures à 45 μm, sont préférées pour capturer des caractéristiques fines dans la fabrication additive. Les particules sphériques offrent une bonne fluidité. La densité apparente est en corrélation avec l'efficacité du conditionnement de la poudre.

Une pureté élevée, une faible teneur en oxygène et des niveaux d'humidité contrôlés garantissent des propriétés frittées de qualité. La poudre atomisée au gaz offre les meilleures spécifications pour les applications critiques.

Normes et grades

La poudre d'acier inoxydable 304L est conforme aux normes suivantes :

• ASTM A240 – Norme pour les plaques, feuilles et bandes d'acier inoxydable au chrome et au chrome-nickel
• ASTM A313 – Norme pour les fils à ressort en acier inoxydable
• ASTM A314 – Norme pour les fils pliés en acier inoxydable
• AMS 5501 – Barres, fils, pièces forgées, tubes en acier inoxydable à faible teneur en carbone
• AMS 5647 – Poudre d'acier inoxydable, atomisée, 304L

Les notes équivalentes comprennent :

• UNS S30403
• Bureau d'usine n° 1.4306
• SUS304L
• SS2348

La poudre peut provenir des spécifications ASTM ou d’une composition personnalisée pour des applications spécifiques. Les poudres à très faible teneur en carbone et à pression unique offrent des propriétés optimales.

Analyse des coûts

La poudre d'acier inoxydable 304L coûte entre $15-30 par kg pour le matériau atomisé au gaz. La poudre atomisée d'eau est moins chère à $8-15/kg mais a moins de sphéricité.

Les prix varient en fonction du volume de commande, de la plage granulométrique, de la morphologie de la poudre, des niveaux de pureté et des marges du fabricant/distributeur.

Pour les pièces finies, le 304L représente 30 à 601 TP3T du coût des composants MIM, en fonction de la taille et de la complexité de la pièce. Les petites pièces en gros volumes ont une part inférieure du coût des matériaux.

Stockage et manipulation de la poudre

Pour éviter toute contamination et conserver les propriétés de la poudre, la poudre d'acier inoxydable 304L doit être stockée et manipulée comme suit :

• Conserver dans des récipients hermétiques dans un environnement frais et sec.
• Utiliser une purge au gaz inerte ou un aspirateur pour empêcher la capture d'humidité
• Tenir à l'écart des étincelles, des flammes et des sources d'inflammation
• Mettre à la terre tous les équipements de manipulation et de transfert de poudre
• Évitez tout contact avec des contaminants comme l'huile, la graisse, les peintures, etc.
• Utilisez des EPI – masque, gants, protection oculaire lors de la manipulation de la poudre

Les déversements de poudre doivent être rapidement nettoyés à l’aide d’outils anti-étincelles et d’un aspirateur HEPA. Les poudres sont modérément sensibles à l’humidité et à l’exposition à l’air. Un stockage adéquat est essentiel.

Moulage par injection de métal

Le 304L est largement utilisé pour le moulage par injection de métal de petites pièces complexes tirant parti de la métallurgie des poudres. Les principales considérations comprennent :

• Matière première : Chargement de poudre 60-68% avec système de liant multi-composants
• Moulage : Taille de tir élevée, vitesse d'injection rapide, pression de maintien élevée
• Débouclage : Déliantage solvant suivi d'un déliantage thermique
• Frittage : 1350-1400°C sous atmosphère d'hydrogène ou de vide
• Opérations secondaires : Usinage, marquage laser, passivation, électropolissage

Les bureaux de service MIM ont établi les meilleures pratiques pour les pièces 304L hautes performances avec des propriétés telles que frittées proches du matériau corroyé.

Conception pour la FA

Pour la fabrication additive utilisant de la poudre d’acier inoxydable 304L, les principales directives de conception incluent :

• Maintenir des épaisseurs de paroi supérieures à 1 mm
• Utiliser des géométries autoportantes avec des angles supérieurs à 45°
• Inclure des trous de drainage pour éliminer la poudre non fondue
• Observer les effets de l'orientation de la construction sur les propriétés
• Tenir compte du retrait 20-25% lors de la conception des pièces à assembler
• Inclure des surépaisseurs d'usinage de 0,5 à 1 mm pour les ajustements critiques
• Réduisez les surplombs, les ponts et les détails fins qui nécessitent des supports

Contrôle de la qualité

Les tests de contrôle qualité effectués sur la poudre d'acier inoxydable 304L comprennent :

• Analyse chimique – ICP et OES pour vérifier la composition
• Analyse granulométrique – Granulomètre à diffraction laser
• Morphologie de la poudre – Imagerie MEB à fort grossissement
• Densité apparente et densité après prise – Méthode du débitmètre à effet Hall
• Débit de poudre – Méthode en entonnoir du débitmètre à effet Hall
• Perte au feu – Four à gravité ASTM E sin
• Analyse d'humidité – titrage Karl Fischer, analyse LECO

Pour les pièces MIM frittées, les tests comprennent :

• Tolérances dimensionnelles – Contrôle MMT
• Densité – Méthode Archimède
• Microstructure – Microscopie optique, analyse d'images
• Essais mécaniques – Dureté, traction, fatigue, choc Charpy

Santé et sécurité

Comme la plupart des poudres et pièces en acier inoxydable, le 304L présente peu de risques pour la santé s'il est manipulé correctement :

• Portez des EPI lors de la manipulation de la poudre – masque, gants, lunettes
• Évitez le contact avec la peau pour éviter la sensibilisation
• Utilisez un aspirateur à filtre HEPA pour nettoyer la poussière et la poudre.
• Évitez de respirer les vapeurs de soudure ou de fonte
• Éliminer conformément aux réglementations environnementales locales
• Assurer une ventilation et une protection respiratoire adéquates lors du meulage ou de l'usinage de pièces frittées

Aucune précaution particulière d'élimination n'est nécessaire pour le 304L. Avec des procédures solides, cela présente un risque minime pour les travailleurs et l’environnement.

FAQ

1. Quelle est la différence entre la poudre d'acier inoxydable 304 et 304L ?

   Le 304L a une teneur en carbone plus faible (<0,03%) que le 304 (<0,08%) pour une meilleure résistance à la corrosion, notamment pour le soudage. 304 est plus courant.

2. La poudre 304L nécessite-t-elle une atmosphère contrôlée ?

   Pas nécessairement, mais le stockage dans des conteneurs scellés avec un gaz inerte empêche l'oxydation et la contamination.

3. Quelle est la meilleure taille de particule pour l'AM ?

   15 à 45 microns sont typiques pour la fabrication additive par fusion sur lit de poudre afin de fournir un bon débit et une haute résolution. Des tailles plus grandes, de 45 à 100 microns, sont également utilisées.

4. Le 304L est-il utilisé pour l’impression 3D métal ?

   Oui, le 304L est largement utilisé pour l’impression 3D sur lit de poudre et par dépôt d’énergie dirigée afin de fabriquer des prototypes, des outils et des pièces d’utilisation finale.

5. Qu’est-ce qui fait que la poudre s’oxyde et perd sa réutilisabilité ?

   L'exposition à l'air/à l'humidité provoque une oxydation de la surface. Un stockage hermétique approprié avec des déshydratants et des absorbeurs d’oxygène empêche cela.

6. Le 304L nécessite-t-il un recuit de mise en solution après le frittage laser ?

   Oui, la relaxation des contraintes à 1 050-1 150°C et le refroidissement rapide aident à restaurer la ductilité et la ténacité après la solidification rapide.

7. Quelle finition peut-on attendre des pièces MIM 304L telles que frittées ?

   Autour de Ra 3-6 microns initialement. Le polissage et la gravure peuvent atteindre moins de 0,5 micron. Le placage donne également une finition lisse.

8. Quelle tolérance peut-on atteindre avec les pièces 304L MIM ?

   ±0,1-0,3% est typique mais des tolérances inférieures à ±0,1% sont possibles pour les composants de haute précision.

9. Pourquoi l'acier inoxydable 304L est-il préféré à l'acier inoxydable 304 ?

   La faible teneur en carbone confère au 304L une meilleure résistance à la corrosion, en particulier pour les constructions soudées, réduisant ainsi la sensibilisation. C'est devenu le grade dominant.

10. Quelle est la prime de coût pour la poudre 304L par rapport à la poudre 304 ?

    Généralement, le 10-30% coûte plus cher que le 304L en raison de sa composition en carbone plus faible. Le prix dépend également des quantités commandées.