Roestvrij staal 17-4PH poeder in 2024

Overzicht

Roestvrij staal 17-4PH poeder is een precipitatiehardend martensitisch roestvrij staal dat kan worden gebruikt voor 3D-printen van metaal. Het heeft een hoge sterkte en hardheid in combinatie met een goede corrosieweerstand. 17-4PH bevat ongeveer 4%-koper, wat verouderingsharding van de legering mogelijk maakt door het neerslaan van koperrijke deeltjes.

Dit artikel geeft een overzicht van 17-4PH-poeder, inclusief de samenstelling, eigenschappen, verwerking, toepassingen, leveranciers en vergelijkingen met andere legeringen. De belangrijkste details zijn samengevat in de onderstaande tabellen.

17-4PH poedersamenstelling

17-4PH dankt zijn naam aan de samenstelling die ongeveer 4%-koper bevat. De belangrijkste legeringselementen zijn:

Element	Gewicht %
Chroom	15 – 17.5%
Nikkel	3 – 5%
Koper	3 – 5%
Mangaan	≤ 1%
Silicium	≤ 1%
Koolstof	≤ 0,07%
Zwavel & Fosfor	≤ 0,04%
Stikstof	≤ 0,03%

Het kopergehalte resulteert in precipitatieharding, waardoor de sterkte en hardheid van 17-4PH aanzienlijk toeneemt. Het chroom zorgt voor corrosiebestendigheid. Nikkel verhoogt ook de corrosieweerstand en verbetert de taaiheid en taaiheid.

17-4PH poedereigenschappen

17-4PH-poeder biedt een uitstekende combinatie van hoge sterkte en goede corrosieweerstand. De belangrijkste eigenschappen zijn onder meer:

Eigendom	Beschrijving
Kracht	Treksterkte tot 1.380 MPa, vloeigrens tot 1.240 MPa
Hardheid	Tot 44 HRC na veroudering
Corrosieweerstand	Beter dan roestvrij staal uit de 400-serie vanwege koper
Bewerkbaarheid	Moeilijker te bewerken dan de 300-serie vanwege de hogere sterkte
Magnetisme	Enigszins magnetisch vanwege martensitische microstructuur
Lasbaarheid	Lagere lasbaarheid dan de 300-serie vanwege neerslagharding

De sterkte, hardheid en corrosieweerstand kunnen worden aangepast door middel van warmtebehandeling. Oplossingsgloeien maakt de legering zacht en taai. Daaropvolgende veroudering veroorzaakt het neerslaan van koperrijke deeltjes, wat de dislocatiebeweging belemmert, waardoor het materiaal verhardt en versterkt.

17-4PH-verwerking

17-4PH-poeder kan worden verwerkt via verschillende 3D-printmethoden voor metaal:

• Laserpoederbedfusie (L-PBF)
• Elektronenbundel poederbedfusie (E-PBF)
• Gerichte energiedepositie (DED)

L-PBF is een van de meest voorkomende benaderingen. Procesparameters moeten zorgvuldig worden gecontroleerd om dichte, scheurvrije onderdelen te verkrijgen en restspanningen te vermijden.

Typische verwerkingsomstandigheden voor 17-4PH-poeder in L-PBF:

• Laagdikte: 20-50 μm
• Laservermogen: 100-400 W
• Scansnelheid: 100-1500 mm/s
• Luikafstand: 80-120 μm
• Straaldiameter: 50-100 μm

Na het printen wordt een warmtebehandeling met spanningsverlichting aanbevolen om restspanningen te verminderen. De geprinte onderdelen kunnen oplossingsgegloeid en verouderd worden om de hardheid en sterkte te vergroten.

17-4PH-toepassingen

17-4PH wordt gebruikt voor 3D-geprinte metalen onderdelen die een hoge sterkte, hardheid en matige corrosieweerstand vereisen in een verscheidenheid aan industrieën:

• Lucht- en ruimtevaart: turbinebladen, waaiers, bevestigingsmiddelen, beugels
• Auto-industrie: transmissiecomponenten, turbocompressoronderdelen
• Olie en gas: kleppen, putmondonderdelen, pompen
• Algemene techniek: gereedschappen, armaturen, mallen

De hoge hardheid na veroudering maakt 17-4PH geschikt voor slijtvaste toepassingen. Het kan moeilijk te bewerken materialen vervangen, zoals gereedschapsstaal voor spuitgietmatrijzen en matrijzen. De legering wordt vaak gebruikt voor structurele beugels en behuizingen met hoge sterkte.

17-4PH poederleveranciers

17-4PH-poeder is in de handel verkrijgbaar bij toonaangevende metaalpoederfabrikanten:

Leverancier	Productkwaliteiten	Maatbereik
Sandvik	Visarend 17-4PH	15-45 µm
Timmerman	17-16 uur	15-45 µm
Praxair	17-4 uur	15-53 μm
LPW-technologie	17-16 uur	15-45 µm
Erasteel	17-4 uur	20-150 µm

Prijzen variëren van $50/lb tot $90/lb, afhankelijk van de bestelde hoeveelheid. Aangepaste deeltjesgrootteverdelingen en hoge zuiverheidsgraden (bijvoorbeeld fosfaatgepassiveerd) zijn beschikbaar.

17-4PH versus andere legeringen

17-4PH is als volgt te vergelijken met roestvrij staal en gereedschapsstaallegeringen:

Legering	Kracht	Corrosieweerstand	Opmerkingen
17-16 uur	Heel hoog	Gematigd	Neerslagverharding; hoge hardheid; goede combinatie van sterkte en corrosieweerstand
316L	Medium	Uitstekend	Standaard corrosiebestendig roestvrij staal; lage sterkte; niet hittebehandelbaar; goedkoper
PH 13-8	Hoog	Uitstekend	Neerslagverharding; hoge sterkte en corrosieweerstand; bevat 8% nikkel
H13 Gereedschapsstaal	Heel hoog	Gematigd	Standaard gereedschapsstaal; hoge hardheid maar lagere corrosieweerstand; duurder

FAQ

Wat zijn de belangrijkste voordelen van 17-4PH roestvrij staal?

De belangrijkste voordelen van 17-4PH zijn de hoge sterkte en hardheid in combinatie met een matige corrosieweerstand. Door veroudering zijn hardheidswaarden tot 44 HRC mogelijk. Het biedt een aanzienlijk hogere sterkte dan roestvrij staal uit de 300-serie.

Waar wordt 17-4PH roestvrij staal voor gebruikt?

Veel voorkomende toepassingen van 17-4PH zijn onder meer structurele componenten zoals beugels en behuizingen, slijtvaste onderdelen, kunststof spuitgietmatrijzen en matrijzen, waaiers, kleppen en ruimtevaartcomponenten. Het wordt veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, de olie- en gassector, de automobielsector en de algemene techniek.

Waarom is 17-4PH geschikt voor 3D-printen van metaal?

17-4PH heeft een lage thermische geleidbaarheid en een lage thermische uitzettingscoëfficiënt, waardoor het minder gevoelig is voor restspanning en barsten tijdens het printen. De hoge hardheid maakt het printen van slijtvast gereedschap mogelijk. De legering is algemeen verkrijgbaar in poedervorm.

Welke warmtebehandeling wordt gebruikt voor 17-4PH?

17-4PH wordt doorgaans oplossingsgegloeid bij 1038-1066°C en vervolgens verouderd bij 371-427°C om koperrijke deeltjes neer te slaan. Hierdoor verhardt en versterkt de legering substantieel. Het wordt aanbevolen om vóór de warmtebehandeling stress te verlichten.

Hoe verhoudt 17-4PH zich tot 316L en H13 gereedschapsstaal?

17-4PH heeft een veel hogere sterkte en hardheid dan 316L roestvrij staal, maar een lagere corrosieweerstand. Vergeleken met H13-gereedschapsstaal biedt 17-4PH een betere corrosieweerstand met een iets lagere hardheid. 17-4PH biedt een goede balans tussen hardheid, sterkte en corrosiebestendigheid.

Welke voorzorgsmaatregelen zijn nodig bij 3D-printen 17-4PH?

Zorgvuldige selectie van procesparameters en spanningsverlichting tussen de lagen is belangrijk om restspanningen en scheuren te minimaliseren. Printoriëntatie, ondersteuningsstructuren en resolutie/laaghoogte moeten ook worden geoptimaliseerd voor complexe geometrieën.

Welke leveranciers bieden 17-4PH-poeder aan?

Toonaangevende leveranciers van 17-4PH-poeder zijn Sandvik, Carpenter Additive, Praxair, LPW Technology en Erasteel. Poeder is verkrijgbaar in verschillende grootteverdelingen, aangepast voor AM-processen zoals DED en L-PBF.

Veelgestelde vragen (FAQ)

1) What powder specs matter most for Stainless Steel 17-4PH Powder in LPBF?

• Spherical 15–45 µm PSD, low satellites, O ≤0.05–0.10 wt%, N ≤0.03 wt%, H ≤0.005 wt%, Hall/Carney flow within spec, and consistent apparent/tap density for stable spreadability and high relative density.

2) Which heat-treatment condition is best for AM 17-4PH: H900, H1025, or H1150?

• H900 maximizes strength/hardness but reduces toughness; H1025 balances strength and toughness for general structural parts; H1150/H1150M improves toughness and stress-corrosion cracking resistance for pressure-retaining or vibration-loaded parts.

3) Do LPBF parts require HIP for 17-4PH?

• HIP is recommended for fatigue/leak-critical parts to close internal porosity and improve fatigue life; many non-critical brackets achieve ≥99.5% density as-built without HIP using tuned parameters.

4) How does powder reuse affect properties?

• Reuse can increase O/N pickup and PSD drift, impacting density and ductility. Implement sieving, O/N/H monitoring, exposure time logs, and blend with virgin powder (e.g., 20–30%) to maintain specification and consistency.

5) Are AM 17-4PH properties comparable to wrought?

• Yes, with qualified parameters and proper heat treatment. Post-H900/H1025 conditions typically meet or exceed wrought-strength levels; verify through tensile, hardness, impact, and corrosion testing per applicable specs.

2025 Industry Trends

• Parameter sets by OEMs: Wider availability of validated LPBF build recipes for 17-4PH targeting near-zero lack-of-fusion with improved contour/remelt strategies and optimized gas flow.
• Low-N variants: Increased supply of Nb-stabilized/low-nitrogen powder cuts to reduce δ-ferrite and improve toughness post-aging.
• Sustainability and circularity: Powder take-back/reconditioning with certified O/N/H restoration; argon recirculation and closed-loop powder handling.
• Binder jetting maturation: Finer cuts (5–25 µm) with tailored debind/sinter schedules deliver 96–98% density as-sintered; HIP for pressure service.
• Data-rich CoAs: Standard inclusion of PSD raw data, O/N/H trends, SEM morphology, and exposure-time logs to accelerate PPAP/FAI.

2025 Snapshot: Stainless Steel 17-4PH Powder KPIs

Metric (2025e)	Typical Value/Range	Notes/Source
LPBF PSD	D10 15–20 µm; D50 25–35 µm; D90 40–50 µm	ISO/ASTM 52907 context
Interstitials (AM-grade)	O ≤0.05–0.10 wt%; N ≤0.03 wt%; H ≤0.005 wt%	Supplier CoAs
As-built relative density	≥99.5% with tuned parameters	CT verification
Post-HIP density	≥99,9%	Leak-/fatigue-critical
Typical UTS (H900)	~1,100–1,300 MPa	Spec- and process-dependent
Typical UTS (H1025)	~1,000–1,150 MPa	Hogere taaiheid
Price band (powder)	~$25–$60/kg (region/volume/spec)	Market quotes 2024–2025
Doorlooptijd	3–7 weeks stocked; 8–12 weeks MTO	Supplier disclosures

Authoritative sources:

• ISO/ASTM 52907; ASTM F3049 (powder characterization): https://www.astm.org, https://www.iso.org
• ASTM A564/A693 (17-4PH bars/plates), AMS 5643/5604 (17-4PH), SAE/AMS heat-treatment callouts
• ASM Handbook Vol. 7 (Powder Metallurgy), Vol. 4 (Heat Treating): https://www.asminternational.org
• AMPP/NACE corrosion resources: https://www.ampp.org

Latest Research Cases

Case Study 1: LPBF 17-4PH H1025 Brackets for Offshore Wind (2025)

• Background: An offshore OEM needed corrosion-resistant, high-strength brackets with reduced lead time and consistent fatigue performance in a marine environment.
• Solution: Adopted AM-grade Stainless Steel 17-4PH Powder (D50 ~32 µm, O 0.06 wt%); tuned contour+remelt strategy; stress relief → HIP → H1025; passivated per ASTM A967.
• Results: Relative density ≥99.9% post-HIP; UTS 1,090 MPa, elongation 12%; salt-spray performance on par with wrought; fatigue life at R=0.1 improved 20% vs. as-built + H1025 without HIP; lead time −35%.

Case Study 2: Binder-Jetted 17-4PH Tooling Inserts with Conformal Cooling (2024/2025)

• Background: A molding supplier sought cycle-time reduction and wear resistance without expensive H13.
• Solution: Used 5–20 µm powder; solvent debind + high-purity H2/N2 sinter; selective HIP for high-pressure inserts; H900 aging; abrasive flow machining for channels.
• Results: As-sintered density 97–98%; HIPed parts ≥99.7%; cycle time −18% via conformal channels; wear rate −25% vs. conventional 420 stainless insert after 100k shots.

Meningen van experts

• Dr. John A. Slotwinski, Additive Manufacturing Metrology Expert (former NIST)
• Viewpoint: “For 17-4PH, monitoring interstitials and PSD tails across reuse cycles is as vital as density measurements to ensure repeatable mechanical properties.”
• Prof. Tresa M. Pollock, Distinguished Professor of Materials, UC Santa Barbara
• Viewpoint: “HIP plus appropriate aging (H1025/H1150) offers a robust path to wrought-comparable fatigue performance while mitigating lack-of-fusion defects.”
• Dr. Christina Bertulli, Director of Materials Engineering, EOS
• Viewpoint: “Validated process maps and data-rich CoAs are shortening time-to-qualification for Stainless Steel 17-4PH Powder in energy and industrial sectors.”

Practical Tools/Resources

• Standards and specs: ISO/ASTM 52907; ASTM F3049; ASTM A564/A705; AMS 5643/5604 for property targets and heat-treatment guidance
• Corrosion testing: ASTM A967/A380 (passivation), ASTM G48 (pitting), ASTM B117 (salt spray) for comparative screening
• Metrology: Inert gas fusion (O/N/H), laser diffraction (PSD), SEM for morphology, CT for porosity, tensile per ASTM E8, hardness per ASTM E18
• Process control: Gas purity monitoring (O2 <100 ppm), contour+remelt scan strategies, powder reuse SOPs with exposure tracking and sieving, SPC on density/mechanicals
• Design/simulation: Ansys/Simufact Additive for distortion/supports; lattice and topology optimization for weight and cooling-channel design

Implementation tips:

• Choose heat-treatment condition to match performance needs: H900 for max strength; H1025 for balanced properties; H1150 for improved toughness/SCC resistance.
• Specify CoA with chemistry incl. interstitials, PSD (D10/D50/D90), SEM morphology, flow/tap/apparent density, moisture/LOD, and lot genealogy.
• Plan HIP for fatigue- or leak-critical parts; validate density with CT and confirm corrosion via passivation + targeted tests (G48/B117).
• Control powder reuse: set cycle limits, blend with virgin, and monitor O/N/H and PSD drift to maintain consistency.

Last updated: 2025-10-13
Changelog: Added focused 5-question FAQ, 2025 KPI table for AM-grade 17-4PH, two recent case studies (LPBF offshore brackets and binder-jetted tooling inserts), expert viewpoints, and practical tools/resources with implementation tips
Next review date & triggers: 2026-04-20 or earlier if ISO/ASTM/AMS standards update, supplier CoA practices change, or new data on HIP/aging effects and powder reuse for 17-4PH AM is published