Najlepszy proszek Hastelloy X do druku 3D w 2024 roku

Hastelloy X to proszek stopowy na bazie niklu o doskonałej wytrzymałości w wysokich temperaturach, odporności na utlenianie i podatności na obróbkę. Niniejszy przewodnik zawiera kompleksowy przegląd Hastelloy X w proszku w tym o jego właściwościach, przetwarzaniu, zastosowaniach, dostawcach, kosztach i nie tylko.

Przegląd Hastelloy X Powder

Hastelloy X to opatentowany proszek stopowy niklowo-chromowo-żelazowo-molibdenowy zaprojektowany z myślą o wyjątkowej wydajności w ekstremalnych środowiskach o temperaturze do 704°C (1300°F). Kluczowe cechy obejmują:

• Wytrzymałość na wysokie temperatury i odporność na pełzanie
• Doskonała odporność na utlenianie i korozję
• Dobra spawalność i podatność na obróbkę
• Odporność na pękanie naprężeniowe
• Może być utwardzany poprzez obróbkę cieplną

Dzięki dodatkom chromu, molibdenu i wolframu oferuje on doskonałe właściwości mechaniczne w porównaniu do innych stopów niklu. To połączenie zapewnia Hastelloy X doskonałą odporność na utlenianie, nawęglanie i chlorowanie.

Hastelloy X jest najczęściej stosowany w postaci proszku w procesach wytwarzania przyrostowego, takich jak laserowe napawanie proszkowe (L-PBF) i ukierunkowane osadzanie energii (DED). Drobne, sferyczne proszki zapewniają płynną płynność, gęstość upakowania i rozprowadzalność niezbędną do uzyskania wysokiej jakości drukowanych części 3D.

Stop ten jest również produkowany jako drut, blacha, płyta, rura i odlew. Części ze stopu Hastelloy X wytwarzane metodą metalurgii proszków mogą być łatwo poddawane obróbce końcowej poprzez prasowanie izostatyczne na gorąco (HIP) i obróbkę cieplną w celu dalszej poprawy właściwości.

Zastosowania proszku Hastelloy X

Wyjątkowa wytrzymałość Hastelloy X w wysokich temperaturach sprawia, że doskonale nadaje się on do zastosowań w ekstremalnych warunkach, w tym:

• Lotnictwo i kosmonautyka - puszki spalinowe, elementy pocisków rakietowych, dysze rakietowe
• Wytwarzanie energii - Części gorącej sekcji turbiny gazowej
• Przetwarzanie chemiczne - rury reformera, krakery, wymienniki ciepła
• Motoryzacja - Części turbosprężarek, zawory wydechowe

Inne zastosowania obejmują okładziny elementów paliwa jądrowego, części pieców i formy szklane. Dobra odporność Hastelloy X na utlenianie pozwala mu zastąpić droższe metale ogniotrwałe w wielu zastosowaniach.

Skład i specyfikacja

Proszek Hastelloy X ma zazwyczaj skład nominalny (masa %) wynoszący:

• Nikiel: 47%
• Chrom: 22%
• Żelazo: 18%
• Molibden: 9%
• Kobalt: 2.5%
• Wolfram: 1%

Kluczowe specyfikacje proszku Hastelloy X obejmują:

Procesy produkcyjne dla części Hastelloy X

Proszek Hastelloy X może być wykorzystywany do produkcji komponentów za pomocą kilku addytywnych i konwencjonalnych technik wytwarzania.

Procesy wytwarzania przyrostowego

Laserowa fuzja proszkowa (L-PBF)

L-PBF to jeden z najpopularniejszych procesów wytwarzania przyrostowego metali. Laser selektywnie topi i stapia warstwy proszku w oparciu o model 3D, tworząc część warstwa po warstwie. Sferyczna morfologia i zoptymalizowany rozkład wielkości proszku Hastelloy X są idealne dla tego procesu.

Kluczowe zalety części L-PBF Hastelloy X:

• Złożone geometrie i lekkie konstrukcje
• Minimalna ilość odpadów materiałowych
• Wysoka gęstość i właściwości mechaniczne
• Dobre wykończenie powierzchni
• Krótki czas realizacji prototypów i produkcji

Bezpośrednie osadzanie energii (DED)

DED wykorzystuje skoncentrowane źródło ciepła, takie jak laser, wiązka elektronów lub łuk plazmowy, do topienia proszku metalowego lub drutu, który jest następnie osadzany i budowany warstwa po warstwie.

Zalety DED z Hastelloy X obejmują:

• Możliwość naprawy i dodawania funkcji do istniejących części
• Większe objętości kompilacji niż w przypadku procesów ze złożem proszkowym
• Niska porowatość i naprężenia szczątkowe
• Możliwość łączenia różnych materiałów lub gradientów

Binder Jetting

W metodzie binder jetting płynny środek wiążący jest selektywnie drukowany na złożach proszku metalowego w celu utworzenia zielonej części. Zielone części Hastelloy X są następnie spiekane w celu połączenia cząstek w gęstą część końcową.

Zalety części Hastelloy X ze strumieniem spoiwa:

• Bardzo wysoka prędkość druku w porównaniu z procesami laserowymi
• Nie są potrzebne żadne konstrukcje wsporcze
• Możliwość budowania dużych wolumenów
• Niższe koszty sprzętu niż w przypadku procesów laserowych

Konwencjonalne procesy produkcyjne

Proszek Hastelloy X może być również przetwarzany na części o pełnej gęstości:

• Formowanie wtryskowe metali (MIM) - mieszanie drobnego proszku ze spoiwem, formowanie wtryskowe, a następnie spiekanie.
• Prasowanie izostatyczne na gorąco (HIP) - zastosowanie wysokiej temperatury i izostatycznego ciśnienia gazu na proszek w celu jego konsolidacji.
• Kucie proszkowe - zagęszczanie i podgrzewanie proszku w formie w celu nadania kształtu i zagęszczenia.

Te konwencjonalne metody metalurgii proszków umożliwiają produkcję złożonych części o kształcie siatki przy minimalnej obróbce skrawaniem. Izotropowe właściwości zapewniają niezawodną wydajność.

Jak wybrać proszek Hastelloy X？

Charakterystyka proszku

Przy wyborze proszku Hastelloy X należy wziąć pod uwagę jego kluczowe właściwości:

Wielkość cząstek - Wpływa na płynność proszku, wykończenie powierzchni i gęstość. Typowy zakres to 15-45 μm. Drobniejszy proszek ma lepszą rozdzielczość, ale może mieć słaby przepływ.

Morfologia - Sferyczne proszki o gładkich powierzchniach zapewniają najlepszy przepływ i rozprowadzanie. Nieregularne kształty utrudniają obsługę.

Gęstość pozorna - Wyższa gęstość poprawia obciążenie złoża proszku, przewodność cieplną i końcową gęstość części. Zalecane są wartości ≥4 g/cc.

Natężenie przepływu - Ważne dla płynnego rozprowadzania proszku na płycie roboczej. Szybkości przepływu 25-35 s/50 g wskazują na dobrą płynność.

Zawartość tlenu - Niższa zawartość tlenu prowadzi do lepszej gęstości i właściwości mechanicznych. Powinna wynosić <1000 ppm.

Skład chemiczny - Musi odpowiadać określonemu zakresowi składu Hastelloy X dla właściwości.

Reputacja dostawcy i systemy jakości

Renomowani dostawcy z silną kontrolą jakości są niezbędni do uzyskania niezawodnego, spójnego proszku:

• Rygorystyczna analiza chemiczna i testy charakterystyki proszku
• Proszek produkowany w kontrolowanych warunkach
• Rygorystyczne próbkowanie i testowanie partii
• Kontrole procesów i SOP dotyczące obsługi, przechowywania i transportu
• Certyfikaty jakości, takie jak ISO 9001, ISO 13485

Koszt proszku Hastelloy X

Proszek Hastelloy X kosztuje od $60 do 100 USD/kg. Ceny zależą od ilości zamówienia, jakości/charakterystyki proszku, marki dostawcy i położenia geograficznego. Większe zamówienia zazwyczaj wiążą się z niższymi kosztami jednostkowymi.

Cennik proszku Met3dp Hastelloy X:

Jak wybrać Dostawca proszku Hastelloy X？

Kluczowe czynniki przy wyborze dostawcy proszku Hastelloy X obejmują:

Reputacja - Doświadczone firmy z udokumentowanymi sukcesami i zadowolonymi klientami. Sprawdź referencje i studia przypadków.

Jakość - Rygorystyczna kontrola jakości, pobieranie próbek, testowanie, certyfikacja i dokumentacja.

Wiedza specjalistyczna - Dogłębna wiedza z zakresu metalurgii i produkcji proszków. Zdolność do dostosowywania proszków w razie potrzeby.

Spójność - Solidne procesy zapewniają zgodność każdej partii ze specyfikacją.

Inwentaryzacja - Gotowa dostępność magazynowa w małych i dużych ilościach pozwala uniknąć długich czasów realizacji.

Obsługa klienta - Reagowanie na zapytania, wsparcie techniczne i wskazówki.

Sieć dystrybucji - Magazyny w pobliżu pozwalają uniknąć długich czasów wysyłki i opóźnień.

Ceny - Rozsądne ceny dla wymaganych ilości zamówień i właściwości proszku.

Warunki - Elastyczne warunki płatności, koszty/czas wysyłki i opcje zakupu.

Do wiodących światowych dostawców proszku Hastelloy X należą Met3DPSandvik, Carpenter Technology, Praxair i AP&C. Pomaga to porównać wielu dostawców przy użyciu tych kryteriów, aby znaleźć najlepsze rozwiązanie dla swoich potrzeb i budżetu.

Instalacja i obsługa systemów Hastelloy X Powder AM

Instalacja i obsługa systemów wytwarzania przyrostowego metali zdolnych do przetwarzania proszku Hastelloy X wymaga zwrócenia uwagi na:

Wymagania systemowe - Zasilanie, dostawy gazu obojętnego, agregat chłodniczy, wentylacja. Systemy L-PBF, takie jak EOS M400, wymagają mocy ~65 kW.

Warunki panujące w obiekcie - Temperatura 20-25°C. Wilgotność względna 30-70%. Minimalne wahania temperatury/wilgotności.

Personel - Przeszkoleni operatorzy systemu. Oddzielny zespół przetwarzania końcowego. Wsparcie w zakresie konserwacji systemu.

Obsługa surowców - Rękawice, sprzęt do przesiewania proszków, systemy recyklingu proszków. Minimalizacja kontaktu proszku z powietrzem i wilgocią.

Przepływ pracy - Optymalizacja parametrów, konfiguracja budowy, obróbka końcowa, kontrola jakości. Cyfrowy przepływ pracy od projektu do gotowej części.

Wymagania dotyczące monitorowania - Kamery do monitorowania budynków. Analizatory tlenu resztkowego. Alerty w przypadku przekroczenia limitów parametrów.

Bezpieczeństwo - Systemy zamknięte. Środki ochrony indywidualnej operatora. Limity narażenia dla proszków metali. Środki zapobiegania pożarom i wybuchom.

Konserwacja - Okresowa konserwacja zgodnie z zaleceniami producenta. Laser, optyka, system transportu proszku, czujniki.

Kalibracja - Regularna kalibracja miernika mocy lasera, urządzenia do pomiaru grubości warstwy proszku, czujników O2.

Optymalizacja parametrów - Uzyskanie właściwości materiału poprzez optymalizację mocy lasera, prędkości, odstępów między kreskami, grubości warstwy i orientacji wydruku.

Ścisła kontrola i monitorowanie tych aspektów jest niezbędne do bezpiecznej, powtarzalnej produkcji wysokiej jakości części Hastelloy X.

Metody obróbki końcowej części Hastelloy X AM

Gotowe części Hastelloy X z produkcji addytywnej wymagają obróbki końcowej w celu uzyskania ostatecznych właściwości i jakości:

Usunięcie wsparcia - W przypadku niektórych procesów, takich jak L-PBF, podpory muszą zostać usunięte z wewnętrznych wnęk i nawisów, często przy użyciu cięcia drutem EDM.

Łagodzenie stresu - Obróbka cieplna poniżej temperatury wyżarzania roztworu w celu zmniejszenia naprężeń szczątkowych z procesu budowy. Zakres 450-760°C.

Prasowanie izostatyczne na gorąco (HIP) - Zastosowanie atmosfery gazu obojętnego pod wysokim ciśnieniem w wysokiej temperaturze w celu zamknięcia wewnętrznych pustek i zagęszczenia mikrostruktury.

Wykończenie powierzchni - Obróbka, szlifowanie, piaskowanie lub polerowanie powierzchni zewnętrznych w celu poprawy chropowatości powierzchni, dokładności i estetyki.

Końcowe czyszczenie części - Wykańczanie wibracyjne, czyszczenie w roztworach alkalicznych lub rozpuszczalnikach usuwa luźne cząstki proszku i zanieczyszczenia powierzchni.

Rozwiązanie - Ogrzewanie powyżej temperatury solvus stopu, a następnie szybkie chłodzenie / hartowanie w celu rozpuszczenia faz wtórnych i poprawy właściwości mechanicznych.

Starzenie/utwardzanie przez wytrącanie - Obróbka cieplna umożliwiająca tworzenie się drobnych osadów wzmacniających w mikrostrukturze stopu.

Właściwa obróbka końcowa jest kluczem do osiągnięcia właściwości materiału i wydajności wymaganej przez aplikację. Stosowane metody zależą od procesu AM, geometrii projektu i końcowych wymagań funkcjonalnych.

Kontrola jakości i testowanie proszku i części Hastelloy X

Dokładna kontrola jakości i testy mają kluczowe znaczenie podczas pracy z materiałem proszkowym Hastelloy X i drukowanymi częściami:

Testowanie proszków - Skład chemiczny, rozkład wielkości cząstek, szybkość przepływu, gęstość pozorna, morfologia, zanieczyszczenia. Zapewnia zgodność proszku ze specyfikacjami.

Monitorowanie parametrów - Monitorowanie w trakcie procesu grubości warstwy, prędkości ostrza powlekającego, mocy lasera, odstępów między klapami, prędkości skanowania itp. w celu zapewnienia optymalnej budowy.

Kontrola wzrokowa - Sprawdzić pod kątem wad powierzchniowych, pęknięć, wypaczeń, rozwarstwień między warstwami, stosując w razie potrzeby penetrant barwiący.

Kontrola wymiarów -Pomiar krytycznych wymiarów w celu sprawdzenia zgodności z modelem CAD przy użyciu maszyn CMM lub skanerów 3D.

Pomiar gęstości - Gęstość teoretyczna ≥99,5% została osiągnięta dla integralności mechanicznej. Przy użyciu metody Archimedesa lub tomografii rentgenowskiej.

Testowanie chropowatości powierzchni - Ilościowa ocena wykończenia powierzchni części wykonanych i poddanych obróbce końcowej. Profilometria optyczna lub instrumenty trzpieniowe.

Testy mechaniczne - Rozciąganie, zmęczenie, odporność na pękanie, twardość, testy udarności Charpy'ego zgodnie z obowiązującymi normami ASTM.

Charakterystyka mikrostruktury - Analiza optyczna, SEM i EBSD sprawdza porowatość, pękanie, morfologię ziarna, wytrącenia, dyslokacje.

Analiza chemiczna - Spektroskopia ICP-OES lub XRF weryfikuje poprawność ostatecznego składu stopu.

Badania nieniszczące - Ultradźwiękowa, radiograficzna, wiroprądowa, magnetyczno-proszkowa kontrola krytycznych komponentów.

Dane z tych szeroko zakrojonych testów potwierdzają właściwości i jakość. Części, które nie przejdą jakiejkolwiek kontroli, mogą wymagać ponownej budowy lub dalszego przetwarzania.

Plusy i minusy Hastelloy X vs. alternatywy

Hastelloy X Powder

Plusy

• Doskonałe właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach do ~700°C
• Lepsza odporność na utlenianie niż w przypadku stali nierdzewnej lub Inconelu 718
• Wyższa wytrzymałość niż Inconel 625 przy jednoczesnej odporności na utlenianie
• Dobra spawalność w porównaniu do innych nadstopów na bazie niklu
• Niższy koszt niż w przypadku stopów ogniotrwałych, takich jak tantal lub wolfram

Wady

• Gorsze właściwości wysokotemperaturowe w porównaniu z Inconelem 718 powyżej ~650°C
• Podlega kruchości w przypadku wystawienia na działanie siarki lub ołowiu w wysokich temperaturach
• Trudniejsze w obróbce niż austenityczne stale nierdzewne
• Wyższy koszt niż w przypadku stali nierdzewnej

Proszek Inconel 625

Plusy

• Doskonała odporność na korozję w szerokim zakresie środowisk
• Wysoka wytrzymałość w temperaturze pokojowej i 600°C
• Dobra odporność na utlenianie do 980°C
• Niższy koszt niż w przypadku Hastelloy X lub Inconel 718

Wady

• Mniejsza wytrzymałość na wysokie temperatury niż Hastelloy X
• Podatność na wżery w niektórych środowiskach
• Podlega pęknięciom spowodowanym zmęczeniem cieplnym

Proszek Inconel 718

Plusy

• Zachowuje wytrzymałość do 704°C, lepiej niż Hastelloy X w bardzo wysokich temperaturach
• Wysoka odporność na pełzanie i zmęczenie materiału
• Dobra odporność na korozję w wielu środowiskach

Wady

• Słaba odporność na utlenianie w temperaturach powyżej 600°C
• Podatność na pękanie po spawaniu
• Trudniejsze do spawania niż Hastelloy X

Proszek ze stali nierdzewnej 316L

Plusy

• Doskonała odporność na korozję w różnych środowiskach
• Łatwe do spawania i obróbki mechanicznej
• Dobra biokompatybilność do zastosowań medycznych
• Niższy koszt niż w przypadku nadstopów niklu

Wady

• Ograniczona odporność na wysokie temperatury, nie może przekroczyć ~315°C
• Podatność na korozję wżerową i szczelinową w niektórych środowiskach
• Niższa twardość i odporność na zużycie

Hastelloy X zapewnia najlepsze połączenie podatności na obróbkę, wytrzymałości i odporności na utlenianie w temperaturze do 704°C, przewyższając te alternatywy w wielu zastosowaniach.

Zastosowania części Hastelloy X z AM

Produkcja addytywna umożliwia wytwarzanie złożonych komponentów Hastelloy X dostosowanych do wymagających zastosowań:

Lotnictwo i kosmonautyka

• Puszki i wkładki do spalania
• Łopatki i dysze silników lotniczych
• Silniki rakietowe i elementy napędu
• Turbopompy i zawory do statków kosmicznych

Turbiny gazowe

• Kombajny, przejścia i części ścieżki gorącego gazu
• Dysze paliwowe
• Osłony termiczne
• Łopatki, kierownice i osłony

Przetwarzanie chemiczne

• Rury pieca do reformowania
• Rury do krakingu etylenu
• Wymienniki gazu procesowego FGD
• Dysza wtryskowa katalizatora do fluidalnego krakingu katalitycznego

Motoryzacja

• Elementy układu wydechowego
• Koła i obudowa turbosprężarki
• Części osłony termicznej

Formy do szkła

• Precyzyjne szklane formy do soczewek i pryzmatów
• Formy do dmuchania szkła

Jądrowy

• Okładzina i komponenty elementu paliwowego

Unikalne zalety Hastelloy X umożliwiają stosowanie lżejszych i bardziej wydajnych komponentów w tych ekstremalnych środowiskach w porównaniu z konwencjonalnymi materiałami i procesami produkcyjnymi.

Montaż i konserwacja części Hastelloy X AM

Prawidłowa instalacja i konserwacja są kluczem do osiągnięcia oczekiwanej żywotności komponentów Hastelloy X AM w wymagających zastosowaniach:

Przygotowanie powierzchni - W przypadku części takich jak łopatki turbin, należy starannie wypolerować powierzchnie i usunąć proszek pozostały w szczelinach, aby zapobiec przyspieszonemu atakowi podczas eksploatacji.

Kontrola wymiarów - Upewnij się, że krytyczne interfejsy i wymiary są zgodne ze specyfikacjami po obróbce końcowej, aby części pasowały prawidłowo podczas montażu.

Środki ostrożności dotyczące obsługi - Należy uważać, aby uniknąć zatarcia gwintów i powierzchni podczas montażu. Należy stosować odpowiednie metody dokręcania.

Ochrona przed korozją - Nałożyć odpowiednie powłoki ochronne na współpracujące powierzchnie jako inhibitory korozji. Maskowanie otworów chłodzących podczas powlekania.

Metoda instalacji - Podczas montażu części należy postępować zgodnie z instrukcjami producenta. Uwzględnić różnice rozszerzalności cieplnej wynikające z mikrostruktury AM.

Warunki pracy - Nie przekraczać limitów temperatury, ciśnienia, przepływu, prędkości obrotowej i obciążenia podczas pracy.

Monitorowanie - Wykorzystaj czujniki, monitorowanie online, aby śledzić stan części i wcześnie identyfikować problemy.

Konserwacja - Okresowe kontrole pod kątem zużycia, pęknięć, uszkodzeń korozyjnych, wypaczeń, utleniania. W razie potrzeby wymienić.

Procedury czyszczenia - Stosuj odpowiednie techniki czyszczenia części podczas konserwacji bez uszkadzania powierzchni.

Prawidłowa instalacja w połączeniu z monitorowaniem, konserwacją i wymianą w razie potrzeby pozwoli osiągnąć pełny potencjał komponentów AM Hastelloy X w zakresie długoterminowej wydajności.

Często zadawane pytania dotyczące proszku Hastelloy X

P: Jaki zakres wielkości cząstek jest najlepszy dla procesów AM, takich jak L-PBF?

O: Zalecany jest zakres wielkości cząstek od 15 do 45 mikronów. Drobniejsze proszki o wielkości około 15 μm zapewniają dobrą rozdzielczość i wykończenie powierzchni, podczas gdy rozmiary do 45 μm poprawiają przepływ proszku i gęstość upakowania.

P: Czy proszek Hastelloy X wymaga suszenia lub obróbki plazmowej przed AM?

Proszek Hastelloy X jest zwykle rozpylany w gazie obojętnym, więc przed drukowaniem nie jest wymagane dodatkowe suszenie ani obróbka plazmowa. Z proszkiem należy obchodzić się prawidłowo, aby uniknąć wchłaniania nadmiaru wilgoci z powietrza podczas przechowywania/transportu.

P: Jakie są typowe procedury obróbki cieplnej dla Hastelloy X?

Typowa obróbka cieplna to 2-godzinne wyżarzanie w roztworze w temperaturze 1150°C, po którym następuje chłodzenie powietrzem, a następnie 20-godzinne utwardzanie wydzieleniowe w temperaturze 760°C i chłodzenie powietrzem. Wzmacnia to stop Hastelloy X poprzez wytrącanie gamma.

poznaj więcej procesów druku 3D