Stal nierdzewna 17-4PH w proszku w 2024 r.

Przegląd

Proszek ze stali nierdzewnej 17-4PH to martenzytyczna stal nierdzewna utwardzana wydzieleniowo, która może być stosowana do druku 3D z metalu. Charakteryzuje się wysoką wytrzymałością i twardością oraz dobrą odpornością na korozję. 17-4PH zawiera około 4% miedzi, co umożliwia utwardzanie stopu poprzez wytrącanie cząstek bogatych w miedź.

Niniejszy artykuł zawiera przegląd proszku 17-4PH, w tym jego skład, właściwości, przetwarzanie, zastosowania, dostawców i porównania z innymi stopami. Kluczowe szczegóły podsumowano w poniższych tabelach.

17-4PH Skład proszku

17-4PH zawdzięcza swoją nazwę składowi, który zawiera około 4% miedzi. Głównymi pierwiastkami stopowymi są:

Element	Waga %
Chrom	15 – 17.5%
Nikiel	3 – 5%
Miedź	3 – 5%
Mangan	≤ 1%
Krzem	≤ 1%
Węgiel	≤ 0,07%
Siarka i fosfor	≤ 0,04%
Azot	≤ 0,03%

Zawartość miedzi powoduje utwardzanie wydzieleniowe, które znacznie zwiększa wytrzymałość i twardość stali 17-4PH. Chrom zapewnia odporność na korozję. Nikiel również zwiększa odporność na korozję, jednocześnie zwiększając plastyczność i wytrzymałość.

Właściwości proszku 17-4PH

Proszek 17-4PH oferuje doskonałe połączenie wysokiej wytrzymałości i dobrej odporności na korozję. Kluczowe właściwości obejmują:

Nieruchomość	Opis
Siła	Wytrzymałość na rozciąganie do 1,380 MPa, granica plastyczności do 1,240 MPa
Twardość	Do 44 HRC po starzeniu
Odporność na korozję	Lepsze niż stale nierdzewne serii 400 ze względu na miedź
Obrabialność	Trudniejsze w obróbce niż seria 300 ze względu na wyższą wytrzymałość
Magnetyzm	Lekko magnetyczny dzięki mikrostrukturze martenzytycznej
Spawalność	Niższa spawalność niż w przypadku serii 300 ze względu na utwardzanie wydzieleniowe

Wytrzymałość, twardość i odporność na korozję można dostosować poprzez obróbkę cieplną. Wyżarzanie w roztworze sprawia, że stop jest miękki i plastyczny. Późniejsze starzenie indukuje wytrącanie się cząstek bogatych w miedź, które utrudniają ruch dyslokacji, tym samym utwardzając i wzmacniając materiał.

Przetwarzanie 17-4PH

Proszek 17-4PH może być przetwarzany za pomocą kilku metod druku 3D z metalu:

• Laserowa fuzja proszkowa (L-PBF)
• Fuzja elektronów w złożu proszkowym (E-PBF)
• Bezpośrednie osadzanie energii (DED)

L-PBF jest jedną z najczęściej stosowanych metod. Parametry procesu muszą być dokładnie kontrolowane, aby uzyskać gęste, wolne od pęknięć części i uniknąć naprężeń szczątkowych.

Typowe warunki przetwarzania proszku 17-4PH w L-PBF:

• Grubość warstwy: 20-50 μm
• Moc lasera: 100-400 W
• Prędkość skanowania: 100-1500 mm/s
• Rozstaw kreskowania: 80-120 μm
• Średnica wiązki: 50-100 μm

Po wydrukowaniu zalecana jest obróbka cieplna w celu zmniejszenia naprężeń szczątkowych. Wydrukowane części mogą być wyżarzane w roztworze i starzone w celu zwiększenia twardości i wytrzymałości.

17-4PH Zastosowania

17-4PH jest używany do drukowania metalowych części 3D wymagających wysokiej wytrzymałości, twardości i umiarkowanej odporności na korozję w różnych gałęziach przemysłu:

• Lotnictwo i kosmonautyka: Łopatki turbin, wirniki, elementy złączne, wsporniki
• Motoryzacja: Elementy skrzyni biegów, części turbosprężarek
• Ropa i gaz: Zawory, części głowic odwiertów, pompy
• Inżynieria ogólna: Oprzyrządowanie, osprzęt, formy

Wysoka twardość po starzeniu sprawia, że 17-4PH nadaje się do zastosowań odpornych na zużycie. Może zastąpić trudne w obróbce materiały, takie jak stale narzędziowe do form wtryskowych i matryc. Stop ten jest powszechnie stosowany do produkcji wsporników i obudów o wysokiej wytrzymałości.

Dostawcy proszku 17-4PH

Proszek 17-4PH jest dostępny w sprzedaży u wiodących producentów proszków metalowych:

Dostawca	Klasy produktów	Zakres rozmiarów
Sandvik	Osprey 17-4PH	15-45 μm
Carpenter	17-4PH	15-45 μm
Praxair	17-4 PH	15-53 μm
Technologia LPW	17-4PH	15-45 μm
Erasteel	17-4 PH	20-150 μm

Ceny wahają się od $50/lb do $90/lb w zależności od zamówionej ilości. Dostępne są niestandardowe rozkłady wielkości cząstek i gatunki o wysokiej czystości (np. pasywowane fosforanem).

17-4PH a inne stopy

17-4PH porównuje się do stali nierdzewnej i stopów stali narzędziowej w następujący sposób:

Stop	Siła	Odporność na korozję	Komentarze
17-4PH	Bardzo wysoka	Umiarkowany	Hartowanie wydzieleniowe; wysoka twardość; dobre połączenie wytrzymałości i odporności na korozję
316L	Średni	Doskonały	Standardowa stal nierdzewna odporna na korozję; niska wytrzymałość; nie nadaje się do obróbki cieplnej; tańsza
PH 13-8	Wysoki	Doskonały	Hartowanie wydzieleniowe; wysoka wytrzymałość i odporność na korozję; zawiera nikiel 8%
Stal narzędziowa H13	Bardzo wysoka	Umiarkowany	Standardowa stal narzędziowa; wysoka twardość, ale niższa odporność na korozję; droższa

FAQ

Jakie są główne zalety stali nierdzewnej 17-4PH?

Główne zalety stali 17-4PH to wysoka wytrzymałość i twardość w połączeniu z umiarkowaną odpornością na korozję. Wartości twardości do 44 HRC są możliwe dzięki starzeniu. Oferuje znacznie wyższą wytrzymałość niż stale nierdzewne serii 300.

Do czego służy stal nierdzewna 17-4PH?

Typowe zastosowania 17-4PH obejmują elementy konstrukcyjne, takie jak wsporniki i obudowy, części odporne na zużycie, plastikowe formy wtryskowe i matryce, wirniki, zawory i elementy lotnicze. Jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym, naftowym i gazowym, motoryzacyjnym i inżynierii ogólnej.

Dlaczego 17-4PH nadaje się do druku 3D z metalu?

17-4PH ma niską przewodność cieplną i współczynnik rozszerzalności cieplnej, dzięki czemu jest mniej podatny na naprężenia szczątkowe i pękanie podczas drukowania. Jego wysoka twardość umożliwia drukowanie narzędzi odpornych na zużycie. Stop ten jest powszechnie dostępny w postaci proszku.

Jaką obróbkę cieplną stosuje się w przypadku 17-4PH?

17-4PH jest zwykle wyżarzany w roztworze w temperaturze 1038-1066°C, a następnie starzony w temperaturze 371-427°C w celu wytrącenia cząstek bogatych w miedź. Powoduje to utwardzenie i znaczne wzmocnienie stopu. Przed obróbką cieplną zalecane jest odprężanie.

Jak 17-4PH wypada w porównaniu ze stalą narzędziową 316L i H13?

17-4PH ma znacznie wyższą wytrzymałość i twardość niż stal nierdzewna 316L, ale niższą odporność na korozję. W porównaniu do stali narzędziowej H13, 17-4PH oferuje lepszą odporność na korozję przy nieco niższej twardości. 17-4PH zapewnia dobrą równowagę między twardością, wytrzymałością i odpornością na korozję.

Jakie środki ostrożności są wymagane podczas drukowania 3D 17-4PH?

Staranny dobór parametrów procesu i odprężanie między warstwami jest ważne, aby zminimalizować naprężenia szczątkowe i pękanie. W przypadku złożonych geometrii należy również zoptymalizować orientację druku, struktury nośne oraz rozdzielczość/wysokość warstwy.

Jacy dostawcy oferują proszek 17-4PH?

Do wiodących dostawców proszku 17-4PH należą Sandvik, Carpenter Additive, Praxair, LPW Technology i Erasteel. Proszek jest dostępny w różnych rozkładach wielkości dostosowanych do procesów AM, takich jak DED i L-PBF.

Często zadawane pytania (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	Wyższa wytrzymałość
Price band (powder)	~$25–$60/kg (region/volume/spec)	Market quotes 2024–2025
Czas realizacji	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.

Opinie ekspertów

• 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