Порошок из нержавеющей стали 316L

Обзор из Порошок из нержавеющей стали 316l

Порошок из нержавеющей стали 316L - это аустенитный стальной сплав, широко используемый в аддитивном производстве или 3D-печати в аэрокосмической промышленности, производстве медицинского оборудования, химической промышленности и оснастки. Благодаря более высокой чистоте и более низкому содержанию углерода по сравнению с обычным порошком 316, порошок 316L позволяет изготавливать коррозионностойкие компоненты, соответствующие стандартам биосовместимости.

В этой статье рассматриваются составы порошка 316L, разработанные для основных процессов AM, ключевые характеристики, такие как распределение частиц по размерам, скорость потока и процентное содержание частиц-спутников, которые влияют на технологичность печати, а также примеры критически важных применений в жестких условиях.

Состав порошок из нержавеющей стали 316l

Ниже приведен диапазон элементного состава порошка нержавеющей стали 316L:

Элемент	Вес % Состав	Роль
Железо	Баланс, 65-70%	Главный компонент матрицы
Хром	16-18%	Повышает устойчивость к коррозии и окислению
Никель	10-14%	Стабилизирует аустенитную структуру
Молибден	2-3%	Повышает стойкость к точечной и щелевой коррозии
Марганцовка	<2%	Способствует хорошей свариваемости
Углерод	0,03% макс.	Низкое содержание углерода уменьшает осаждение карбидов - улучшает коррозионную стойкость и биосовместимость
Кремний	0,75% макс.	Раскислитель, предотвращающий избыточное образование оксидов
Фосфор	0,025% макс.	Примеси регулируются для достижения максимальной пластичности
Сера	0,01% макс.	Примеси регулируются для предотвращения растрескивания
Азот	0,1% макс.	Стабилизирует микроструктуру
Медь	0,5% макс.	Количество примесей контролируется в процессе плавления

Буква "L" означает низкое или менее 0,03% содержание углерода. Это немного снижает предел текучести и прочность на растяжение по сравнению со стандартным порошком 316, но улучшает показатели сварки, коррозии и биосовместимости, что очень важно для медицинских приборов и морских применений.

Методы производства порошок из нержавеющей стали 316l

Порошок из нержавеющей стали 316L производится промышленным способом следующими основными методами:

• Газовая атомизация: Струи инертного газа высокого давления разбивают тонкую металлическую струю на мелкие капли после застывания в виде порошка. Обслуживает аэрокосмический рынок.
• Распыление воды: Наиболее экономичный метод, при котором вода разрушает расплавленный металл, получая порошок неправильной формы, приемлемый для некоторых промышленных применений.
• Плазменный вращающийся электродный процесс (PREP): Электрод, расплавленный плазменной дугой, распадается под действием центробежной силы, при охлаждении высыпая порошок на стенки реактора. Получает очень сферические формы.
• Атомизация водорода: Специализированная технология с использованием газообразного водорода для улучшения текучести порошков, предназначенных для аддитивного производства. Минимизирует количество частиц-спутников.

Газовые, водные и плазменные варианты используют быстрые скорости затвердевания для получения тонких металлических порошков из расплавленного сырья. Каждый метод придает частицам различные характеристики, описанные в следующем разделе.

Порошок из нержавеющей стали 316l Характеристики

Ниже приведены важнейшие характеристики порошка из нержавеющей стали 316L:

Параметр	Подробности	Метод измерения
Форма частиц	Сферические, допускаются спутники согласно ASTM B214	СЭМ-изображение, микроскопия
Распределение частиц по размерам	D10: 25-45 мкм, D50: 30-75 мкм, D90: 55-100 мкм	Лазерный дифракционный анализатор размеров частиц
Кажущаяся плотность	Обычно плотность 40-50% в виде порошка, масса которого превышает объем	Воронка расходомера Холла или пикнометрия
Плотность отвода	Обычно плотность 60-65% при механическом перемешивании	Определяется в соответствии с ASTM B527
Расход	30-35 с/50 г, хороший поток - <40 с	Испытание расходомера Холла
Потери при воспламенении (LOI)	<0,5 масс.%	Нагрев до 1022°F и измерение потери массы
Остаточные газы	400-800 ppm кислорода, <150 ppm азота	Сплавление в инертном газе с последующим определением теплопроводности
Доля спутников	<20% идеал	Анализ изображений на микрофотографии SEM

Такие ключевые показатели, как постоянный гранулометрический состав, высокая скорость потока порошка, минимальное количество сателлитов и низкий уровень кислорода/азота, обеспечивают оптимальную технологичность печати. Индивидуальные партии порошка разрабатываются для удовлетворения потребностей в таких областях, как биомедицина, морское оборудование или оборудование для химической обработки, требующее коррозионной стойкости.

Порошок из нержавеющей стали 316l Механические свойства

Нержавеющая сталь 316L обладает следующими механическими характеристиками:

Параметр	316L с нанесенной печатью	Отожженная 316L
Прочность на разрыв	500-650 МПа	450-550 МПа
Предел текучести	400-500 МПа	240-300 МПа
Удлинение при разрыве	35-50%	40-60%
Твердость	80-90 HRB	75-85 HRB
Шероховатость поверхности	До 20 мкм Ra из-за гребней слоев	Уменьшение Ra до 0,4 мкм или выше с помощью методов обработки поверхности

Отжиг напечатанных деталей или компонентов при температуре 1900°F в течение не менее 1 часа служит для снятия внутренних напряжений, возникающих в процессе послойной сборки. Это возвращает пластичность к уровню обычной 316L при незначительном снижении прочности.

Порошок из нержавеющей стали 316l Приложения

Благодаря повышенной коррозионной стойкости порошок 316L идеально подходит для аддитивного производства компонентов в различных областях:

• Морское оборудование: Рабочие колеса, клапаны, фитинги и другие океанские детали, подверженные воздействию соленой воды.
• Химическая обработка: Корпуса насосов, клапаны, реакторы и трубопроводы, требующие химической совместимости.
• Биомедицина: Хирургические инструменты, ортопедические имплантаты, отвечающие требованиям FDA по биосовместимости в соответствии с ISO 10993 и/или ASTM F138.
• Пищевая промышленность: Столовые приборы, компоненты для обработки мяса, не допускающие перекрестного загрязнения.

Благодаря такому разнообразию сфер применения - от морского бурового оборудования до корпусов кардиостимуляторов и компонентов для приготовления пищи - 316L является универсальным и повсеместно используемым сплавом, который конструкторы всегда держат под рукой.

Анализ затрат

Расходы	Всего	За единицу
Порошок 316L	$106/kg	$35
Расходы на принтер	$100/кг	$33
Труд	$50	$17
Всего	$256	$85

Здесь анализ предполагает относительно небольшую общую массу детали ~3 кг, следовательно, порошок составляет около 40% от общих затрат. Но для более крупных деталей время изготовления преобладает над затратами, а не сам материал. Для сравнения, механическая обработка той же геометрии из отожженного прутка 316L обойдется в $45-$75 за кг - но AM позволяет консолидировать порты, крепеж, снизить вес, что компенсирует увеличение затрат на печать за счет экономии на производстве в дальнейшем.

Порошок из нержавеющей стали 316l Поставщики

Различные заводы и дистрибьюторы предлагают порошок из нержавеющей стали 316L, охватывающий все диапазоны размеров и характеристик. К числу ведущих мировых поставщиков относятся:

Компания	Метод производства	Доступность размера частиц	Дополнительные материалы
Sandvik Osprey	Распыление газа	15-150 мкм	17-4PH, 15-5PH, 304L, мартенситно-стареющая сталь
Столярная присадка	PREP + распыление газа	15-63 мкм	17-4PH, нестандартные сплавы
Praxair	Распыление воды	До 240 мкм	Ti-6-4, Inconel 718, нержавеющие марки
Технология LPW	Распыление воды	45-150 мкм	Доступны основные сплавы 316L
Hoganas	Распыление газа	22-100 мкм	Индивидуальные услуги по оптимизации частиц

Порошок из нержавеющей стали 316l Стандарты

ASTM и другие согласованные во всем мире стандарты для производства порошка 316L и проверки качества:

Стандарт	Описание
ASTM A240	Предельные значения химического состава для Cr, Ni, Mo, C, N и других незначительных легирующих элементов
ASTM B214	Описываются приемлемые характеристики частиц порошка 316L, такие как сателлиты, скорость потока Холла и процедуры тестирования сетки
ASTM E562	Методология испытаний для определения химического состава с помощью мокрых методов анализа, таких как ICP-OES
ISO 9001	Система управления качеством для обеспечения соответствия требованиям поставщиков в качестве основы для спецификаций заказчика
ASTM F3049	Руководство по определению характеристик и оптимизации металлических порошков AM, таких как 316L
ASTM F3056	Спецификация для контроля качества порошка 316L в качестве исходного сырья для квалификационных сборок AM

Сертификация порошка 316L на соответствие этим спецификациям гарантирует, что он отвечает стандартам плотности, химического состава и формы частиц, что обеспечивает надежную технологичность печати независимо от метода производства.

Порошок 316L в сравнении с литыми и коваными сплавами

Параметр	Порошковая металлургия 316L	Литой 316L	Кованая сталь 316L
Стоимость	$$$$	$-$$	$-$$$
Время выполнения заказа	Обычно от нескольких дней до 2 недель	4-8 недель	8-12 недель
Химический контроль	Очень стабильно в пределах 0,25%	Варьируется до 1%	Среднее отклонение 0,5%
Пористость	Полные плотные отпечатки	Уровни пористости 5-10%	По сути, непористые
Примеси	Только трассировка	Умеренные включения	Низкие включения
Структура зерна	Зависит от параметров печати	Крупное литое зерно	Более тонкая кованая структура
Ограничения поставок	При небольших партиях может потребоваться MOQ	Легкодоступность	Возможные минимальные размеры мельниц

Таким образом, хотя аддитивное производство с использованием порошка 316L обходится гораздо дороже, чем покупка прутка, свобода дизайна, возможность настройки и надежная химия компенсируют эту надбавку в отраслях, где производительность важнее цены материала.

Обращение с порошком 316L

Чтобы предотвратить ухудшение свойств порошка при хранении и повторном использовании, необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

• Храните запечатанные контейнеры с порошком в инертном газе, например аргоне.
• Ограничьте воздействие во время просеивания/обработки порошка, чтобы избежать захвата кислорода/влаги.
• Запекайте порошки при 100°C в течение 6 часов каждые 3-6 месяцев, чтобы удалить абсорбированные газы.
• Периодически контролируйте содержание кислорода и азота в порошке
• Перед печатью просеивайте, чтобы разбить агломераты.
• Следуйте рекомендациям производителя по повторному использованию порошка, пропорциям смешивания и срокам службы

Соблюдение этих инструкций по обращению позволяет сохранить текучесть порошка и предотвратить образование пор при печати в течение десятков циклов с использованием одних и тех же партий 316L.

Вопросы и ответы

Вопрос	Отвечать
Можно ли перерабатывать порошок 316L после печати или он разрушается после однократного использования?	Да, при правильном хранении порошок 316L обычно можно повторно использовать 5-10 раз до обновления первичных партий. Ключевым моментом является отсеивание новых частиц и контроль содержания кислорода.
Требуется ли порошку 316L горячее изостатическое прессование после 3D-печати для повышения плотности?	Хотя HIP может дополнительно уплотнить напечатанные компоненты 316L, достижение плотности 99%+ возможно даже без HIP в зависимости от оптимизированных параметров печати. HIP служит скорее для повышения усталостных характеристик.
Могут ли детали из 316L, изготовленные с использованием порошка AM, достичь коррозионной стойкости, эквивалентной традиционной деформируемой нержавеющей стали 316L?	Да - напечатанная 316L соответствует и даже превосходит коррозионную стойкость литых или кованых форм во многих химических средах благодаря меньшему количеству дефектов и примесей.
Как высокое содержание никеля в порошке 316L влияет на возможность его вторичной переработки?	Несмотря на увеличение стоимости, высокое содержание Ni и Cr защищает порошок от разрушения при условии активного контроля уровня кислорода во время хранения. Эти легирующие элементы значительно повышают возможность повторного использования.

Резюме

Тонко контролируемый химический состав с низким содержанием углерода, направленный на биосовместимость и свариваемость, Порошок из нержавеющей стали 316L Служит для коррозионностойкого аддитивного производства - от медицинских имплантатов до морских компонентов, работающих в суровых соленых средах. Содержание углерода менее 0,03% и следов азота обеспечивает аустенитную микроструктуру, которая противостоит точечной и щелевой коррозии в кислотах, хлоридах, спиртах и множестве химических растворов. Сочетание многоразовых порошков, превышающих спецификации ASTM по гранулометрическому составу, количеству спутников и скорости потока в зале, с оптимизированными 3D-принтерами позволяет получать плотные печатные детали из 316L, конкурирующие и превосходящие по коррозионным характеристикам традиционные образцы. По мере совершенствования аппаратного и программного обеспечения принтеров, а также разработки параметров, порошок для AM-печати из нержавеющей стали 316L будет способствовать расширению применения на таких новых рынках, как нефтяные скважины, химические реакторы и хирургические инструменты, где высокая твердость, прочность и устойчивость к щелочам являются критически важными.

узнать больше о процессах 3D-печати