Порошок из нержавеющей стали 17-4PH в 2024 году

Обзор

Порошковая нержавеющая сталь 17-4PH - это мартенситная нержавеющая сталь, закаливающаяся в процессе осадки, которая может быть использована для 3D-печати металлов. Она обладает высокой прочностью и твердостью в сочетании с хорошей коррозионной стойкостью. 17-4PH содержит около 4% меди, что обеспечивает возрастное упрочнение сплава за счет выпадения в осадок частиц, богатых медью.

В данной статье приводится обзор порошка 17-4PH, включая его состав, свойства, обработку, области применения, поставщиков и сравнение с другими сплавами. Основные сведения приведены в таблицах ниже.

Состав порошка 17-4PH

Свое название 17-4PH получила благодаря составу, в который входит примерно 4% меди. Основными легирующими элементами являются:

Элемент	Вес %
Хром	15 – 17.5%
Никель	3 – 5%
Медь	3 – 5%
Марганцовка	≤ 1%
Кремний	≤ 1%
Углерод	≤ 0,07%
Сера и фосфор	≤ 0,04%
Азот	≤ 0,03%

Содержание меди приводит к закалке осадка, что существенно повышает прочность и твердость 17-4PH. Хром обеспечивает коррозионную стойкость. Никель также повышает коррозионную стойкость, увеличивая пластичность и вязкость.

Свойства порошка 17-4PH

Порошок 17-4PH обеспечивает превосходное сочетание высокой прочности и хорошей коррозионной стойкости. Основные свойства включают:

Недвижимость	Описание
Прочность	Предел прочности при растяжении до 1 380 МПа, предел текучести до 1 240 МПа
Твердость	До 44 HRC после старения
Коррозионная стойкость	Лучше, чем нержавеющие стали серии 400, благодаря наличию меди
Обрабатываемость	Более сложная обработка по сравнению с 300-й серией из-за более высокой прочности
Магнетизм	Слабомагнитные за счет мартенситной микроструктуры
Свариваемость	Более низкая свариваемость по сравнению с 300-й серией из-за закалки осадком

Прочность, твердость и коррозионная стойкость могут быть изменены путем термической обработки. Отжиг в растворе делает сплав мягким и пластичным. Последующее старение приводит к выпадению богатых медью частиц, которые препятствуют движению дислокаций, тем самым упрочняя и укрепляя материал.

17-4PH Обработка

Порошок 17-4PH может быть обработан несколькими методами металлической 3D-печати:

• Лазерное порошковое напыление (L-PBF)
• Электронно-лучевой порошковый синтез (E-PBF)
• Направленное энергетическое осаждение (DED)

L-PBF является одним из наиболее распространенных подходов. Для получения плотных деталей без трещин и исключения остаточных напряжений необходимо тщательно контролировать параметры процесса.

Типичные условия обработки порошка 17-4PH в L-PBF:

• Толщина слоя: 20-50 мкм
• Мощность лазера: 100-400 Вт
• Скорость сканирования: 100-1500 мм/с
• Расстояние между люками: 80-120 мкм
• Диаметр луча: 50-100 мкм

Для снятия остаточных напряжений после печати рекомендуется проводить термообработку для снятия напряжений. Для повышения твердости и прочности напечатанные детали могут быть подвергнуты отжигу в растворе и старению.

Применение 17-4PH

17-4PH используется для изготовления металлических 3D-печатных деталей, требующих высокой прочности, твердости и умеренной коррозионной стойкости в различных отраслях промышленности:

• Аэрокосмическая промышленность: Лопатки турбин, рабочие колеса, крепеж, кронштейны
• Автомобильная промышленность: Компоненты трансмиссии, детали турбокомпрессоров
• Нефть и газ: Клапаны, устьевые детали, насосы
• Общее машиностроение: Инструментальная оснастка, приспособления, пресс-формы

Высокая твердость после старения делает 17-4PH пригодным для использования в износостойких областях. Он может заменять труднообрабатываемые материалы, например инструментальные стали для литьевых форм и штампов. Сплав широко используется для изготовления высокопрочных конструкционных кронштейнов и корпусов.

Поставщики порошка 17-4PH

Порошок 17-4PH можно приобрести у ведущих производителей металлических порошков:

Поставщик	Градусы продукта	Диапазон размеров
Sandvik	Osprey 17-4PH	15-45 мкм
Плотник	17-4PH	15-45 мкм
Praxair	17-4 PH	15-53 мкм
Технология LPW	17-4PH	15-45 мкм
Erasteel	17-4 PH	20-150 мкм

Цены варьируются от $50/фунт до $90/фунт в зависимости от заказанного количества. Возможны нестандартные гранулометрические составы и высокочистые сорта (например, фосфатно-пассивированные).

17-4PH в сравнении с другими сплавами

17-4PH сравнивается с нержавеющей сталью и сплавами инструментальной стали следующим образом:

Сплав	Прочность	Коррозионная стойкость	Комментарии
17-4PH	Очень высокий	Умеренный	Закалка осаждением; высокая твердость; хорошее сочетание прочности и коррозионной стойкости
316L	Средний	Отличный	Стандартная коррозионностойкая нержавеющая сталь; низкая прочность; не поддается термообработке; дешевле
PH 13-8	Высокая	Отличный	Осадительная закалка; высокая прочность и коррозионная стойкость; содержит никель 8%
Инструментальная сталь H13	Очень высокий	Умеренный	Стандартная инструментальная сталь; высокая твердость, но меньшая коррозионная стойкость; более дорогая

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Каковы основные преимущества нержавеющей стали 17-4PH?

Основными преимуществами 17-4PH являются высокая прочность и твердость в сочетании с умеренной коррозионной стойкостью. В процессе старения возможно достижение твердости до 44 HRC. Прочность этой стали значительно выше, чем у нержавеющих сталей серии 300.

Для чего используется нержавеющая сталь 17-4PH?

К распространенным областям применения 17-4PH относятся такие конструктивные элементы, как кронштейны и корпуса, износостойкие детали, пресс-формы и штампы для литья пластмасс, рабочие колеса, клапаны и аэрокосмические компоненты. Она широко используется в аэрокосмической, нефтегазовой, автомобильной промышленности и общем машиностроении.

Почему 17-4PH подходит для металлической 3D-печати?

17-4PH обладает низкой теплопроводностью и коэффициентом теплового расширения, что делает его менее склонным к остаточным напряжениям и растрескиванию в процессе печати. Высокая твердость позволяет печатать износостойкую оснастку. Сплав обычно выпускается в виде порошка.

Какая термическая обработка применяется для 17-4PH?

Сплав 17-4PH обычно подвергается отжигу в растворе при температуре 1038-1066°C и последующей выдержке при 371-427°C для осаждения частиц, богатых медью. Это приводит к существенному упрочнению и закалке сплава. Перед термообработкой рекомендуется провести снятие напряжений.

Чем 17-4PH отличается от инструментальной стали 316L и H13?

17-4PH обладает гораздо большей прочностью и твердостью, чем нержавеющая сталь 316L, но меньшей коррозионной стойкостью. По сравнению с инструментальной сталью H13, 17-4PH обладает лучшей коррозионной стойкостью при несколько меньшей твердости. 17-4PH обеспечивает хороший баланс между твердостью, прочностью и коррозионной стойкостью.

Какие меры предосторожности необходимы при 3D-печати 17-4PH?

Для минимизации остаточных напряжений и трещин важен тщательный выбор параметров процесса и снятие напряжений между слоями. Ориентация печати, опорные конструкции, разрешение/высота слоя также должны быть оптимизированы для сложных геометрических форм.

Какие поставщики предлагают порошок 17-4PH?

Ведущими поставщиками порошка 17-4PH являются компании Sandvik, Carpenter Additive, Praxair, LPW Technology и Erasteel. Порошок выпускается с различными распределениями по размерам, специально разработанными для таких процессов AM, как DED и L-PBF.

Часто задаваемые вопросы (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	Повышенная прочность
Price band (powder)	~$25–$60/kg (region/volume/spec)	Market quotes 2024–2025
Время выполнения	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.

Мнения экспертов

• 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