Порошковая сталь MS1

Мартенситностареющая сталь относится к семейству высокопрочных сталей, которые получают свою прочность не из углерода, а из осадков интерметаллических соединений. Мартенситностареющие стали обеспечивают превосходное сочетание механических свойств, таких как высокая прочность, хорошая вязкость разрушения и свариваемость, что делает их полезными в различных критических промышленных областях. Порошок Maraging Steel MS1 - это порошок сплава мартенситностареющей стали, разработанный для аддитивных технологий производства, таких как лазерное наплавление порошкового слоя (LPBF) и направленное энергетическое осаждение (DED). Будучи передовым инженерным материалом, MS1 обладает явными преимуществами по сравнению с обычными мартенситно-стареющими марками для процессов AM на основе порошка. В этой статье представлен полный обзор мартенситно-стареющей стали MS1, включая ее состав, основные характеристики, методы обработки, области применения, плюсы/минусы и подробности поставок.

Обзор порошка мартенситно-стареющей стали MS1

Мартенситностареющие стали - это уникальные низкоуглеродистые мартенситные стали, предназначенные для получения прочности за счет интерметаллических осадков, которые образуются в процессе термической обработки при старении. Низкое содержание углерода обеспечивает хорошую свариваемость, а значительные легирующие добавки позволяют добиться высокой прочности за счет механизмов закалки осаждением. Порошок MS1 разработан специально для аддитивного производства деталей из мартенситностареющей стали с использованием технологий порошкового наплавления или направленного энергетического осаждения. Основные характеристики порошка MS1:Основные детали порошка из мартенситно-стареющей стали MS1

Параметр	Подробности
Обозначение сплава	18% Ni, 9% Co, 5% Mo , Fe bal.
Стандартная спецификация	ASTM B986
Плотность	8,1 г/см3
Диапазон размеров частиц	15-53 мкм
Производственный процесс	Газовая атомизация
Основные характеристики	Сверхвысокая прочность, хорошая вязкость разрушения и пластичность после возрастной закалки, отличная размерная способность в АМ, хорошая коррозионная стойкость, хорошая свариваемость
Типовые применения	Аэрокосмические компоненты, инструментальные вставки, компоненты пресс-форм, автомобильные детали, детали машин.

Благодаря индивидуальному составу и распределению частиц по размерам MS1 позволяет аддитивно изготавливать плотные высококачественные детали из мартенситно-стареющей стали с механическими свойствами, эквивалентными или превосходящими обычные мартенситно-стареющие марки.

Состав и микроструктура мартенситно-стареющей стали MS1

Уникальные свойства мартенситностареющих сталей обусловлены их низкоуглеродистой мартенситной матрицей и специальными легирующими добавками. Состав играет решающую роль в конечных механических характеристиках после обработки старением.Маркировочная сталь MS1 - номинальный состав

Легирующий элемент	Вес %	Роль
Никель (Ni)	17-19	При закалке образуется мартенситная матрица, обеспечивающая эффект закалки
Кобальт (Co)	8-9	Способствует упрочнению за счет выпадения осадков
Молибден (Mo)	4.5-5.5	Усилитель осадков
Титан (Ti)	0.3-0.8	Образует осадки, измельчает зерна
Алюминий (Al)	0.05-0.15	Предотвращает образование нитридов

*Другие примеси (например, C, Si, Mn и т.д.) сведены к минимуму, чтобы избежать снижения вязкости разрушения. Низкоуглеродистая мартенситная матрица с высоким содержанием никеля обеспечивает сочетание высокой прочности и хорошей вязкости. Значительные добавки кобальта и молибдена позволяют образовывать чрезвычайно твердые металлические интерметаллические осадки типа Ni3(Ti, Mo) при обработке старением, что придает материалу очень высокую прочность. В отличие от обычных марок, порошок MS1 специально разработан с более жестким химическим контролем для воспроизводимых свойств при аддитивном производстве.

Основные свойства и характеристики

Порошок из мартенситно-стареющей стали MS1 обладает исключительным сочетанием сверхвысокой прочности, хорошей вязкости разрушения и пластичности, отличной технологичностью при AM-обработке и другими полезными инженерными свойствами, которые подходят для критически важных промышленных применений.Порошок из мартенситно-стареющей стали MS1 - основные свойства

Механические свойства
Прочность на разрыв	Более 2450 МПа
Предел текучести (смещение 0,2%)	Более 2310 МПа
Удлинение	8%
Твердость	Более 56 HRC

Физические свойства
Плотность	8,1 г/см3

Эксплуатационные свойства
Коррозионная стойкость	Превосходно, аналогично нержавеющим сталям серии 300
Теплопроводность	10-12 Вт/м.К
Электрическое сопротивление	0,8 мкм-см

Ключевые характеристики:

• Сверхвысокая прочность благодаря закалке осаждением
• Хорошая вязкость разрушения, несмотря на очень высокую прочность
• Равномерные свойства и производительность в AM
• Превосходная размерная способность в AM
• Постоянный контроль химического состава порошка
• Хорошая коррозионная стойкость
• Высокая твердость сохраняет острые кромки инструмента
• Возможность получения сложных геометрических форм в процессе AM

Сочетание свойств обеспечивает функциональные характеристики критически важных компонентов в аэрокосмической промышленности, производстве пресс-форм и штампов, автомобилестроении, машиностроении и других отраслях.

Термообработка и обработка

Ключевым шагом в достижении оптимальных свойств мартенситно-стареющих сталей является правильная термическая обработка и старение. Порошок MS1 требует оптимизированных параметров термической обработки для аддитивного производства с последующим старением.Стандартная термическая обработка мартенситностареющей стали MS1

Шаг	Температура	Время	Фаза/состояние
1	1160-1200°C	Варьируется	Решение
2	490°C	6 часов	Старение - образуются твердые осадки
3	Охладите до комнатной температуры	–	Воздух охлаждается или ускоряется

Рекомендации по обработке AM

• Поддерживайте температуру в камере на уровне 80-100°C во время сборки
• Используйте опорные конструкции, закрепленные на строительной плите
• Ориентируйте детали так, чтобы можно было снять опору после окончания процесса
• Обработка готовых поверхностей для снятия напряжений перед старением
• При необходимости применяйте пост-обработку HIP (горячее изостатическое прессование)
• Выполните отжиг на стане, если требуется значительная механическая обработка

Типичные параметры процесса AM

Параметр	Подробности
Толщина слоя	20-50 мкм
Мощность лазера	195-500 W
Скорость сканирования	800-3500 мм/с
Расстояние между люками	60-120 мкм
Температура порошкового слоя	80-100°C

Для получения полностью плотных компонентов MS1, сохраняющих связь между частицами и оптимизированную микроструктуру для последующего улучшения свойств путем обработки старением, требуется специализированная AM-обработка.

Применение порошка мартенситно-стареющей стали MS1

Благодаря высокому соотношению прочности и веса, хорошей вязкости разрушения и возможности создания сложных геометрических форм, мартенситно-стареющая сталь MS1 пользуется широким спросом в важнейших коммерческих и оборонных областях, включая:Типичные области применения деталей из мартенситностареющей стали MS1

Промышленность	Компоненты	Драйверы спроса
Аэрокосмическая промышленность	Конструкционная арматура, детали двигателей, шасси, крепеж	Высокая прочность, снижение веса, усталостная прочность
Промышленная оснастка для пресс-форм	Формы для литья под давлением, литьевые формы, выдувные формы	Высокая твердость, стабильность размеров, сложные каналы охлаждения
Автомобильная промышленность	Валы, компоненты двигателей, приспособления для обработки	Высокая прочность, усталостная прочность
Орудия	Корпуса снарядов, удерживающие компоненты	Сверхвысокая прочность
Машины	Ролики, валы, компоненты прессов, приспособления	Износостойкость, грузоподъемность

В аэрокосмическом секторе MS1 позволяет создавать более легкие компоненты планера самолета и детали шасси с эквивалентными или лучшими механическими характеристиками по сравнению с существующими аэрокосмическими сплавами. Производство с помощью AM позволяет создавать сложные оптимизированные геометрии, недостижимые при ковке или литье, используемых для традиционных высокопрочных сплавов. Для металлических литьевых форм и штампов MS1 обеспечивает экстремальную прочность под давлением и долгосрочную стабильность размеров в течение сотен тысяч циклов, а также интегрированные конформные каналы охлаждения, что сокращает время цикла. По сравнению с пресс-формами из инструментальной стали, склонными к усталостному растрескиванию и тепловому контролю, пресс-формы из MS1 обеспечивают более высокую длительность производственного цикла. В компонентах автомобильных силовых агрегатов, подверженных циклическим нагрузкам и коррозионным средам, MS1 демонстрирует значительные преимущества по долговечности и устойчивости к повреждениям по сравнению с конкурирующими сплавами из нержавеющей или инструментальной стали. Высокая твердость превосходит более низкопрочные альтернативы для штампов и зажимных приспособлений для механической обработки.

Сравнительные свойства и альтернативы

Мартенситностареющая сталь MS1 имеет явные преимущества по своим свойствам по сравнению с другими материалами-кандидатами, используемыми в аналогичных областях применения:Мартенситностареющая сталь MS1 в сравнении с материалами сравнения

Инструментальные стали	Хороший	Ярмарка	Хороший	Ярмарка	Ярмарка
Нержавеющие стали	Ярмарка	Отличный	Ярмарка	Отличный	Отличный
Титановые сплавы	Хороший	Отличный	Хороший	Отличный	Ярмарка
Суперсплавы	Отличный	Ярмарка	Хороший	Ярмарка	Ярмарка

Обсуждение сравнительных свойств:С точки зрения прочность на разрывМартенситно-стареющая сталь MS1 значительно превосходит аэрокосмические сорта алюминия, нержавеющие стали и даже большинство инструментальных сталей, за исключением специализированных инструментальных сталей для холодной обработки. Хотя титановые сплавы и никелевые суперсплавы могут соответствовать сверхвысокой прочности мартенситно-стареющей стали, им не хватает вязкости разрушения. вязкость разрушенияMS1 демонстрирует хорошую стойкость к образованию трещин и ударным повреждениям по сравнению с высокопрочными материалами, такими как инструментальные стали или сверхпрочные сплавы, которые, как правило, более хрупкие. Однако титановые сплавы и нержавеющие стали обеспечивают лучшую вязкость. усталостная прочностьMS1 превосходит алюминий, нержавеющие и инструментальные стали и даже конкурирует с титановыми сплавами, обладая превосходной усталостной прочностью при циклических нагрузках. Это дает преимущества для динамических компонентов.Коррозионная стойкость MS1 намного лучше инструментальных сталей и сопоставима с нержавеющими марками 300-й серии, что делает ее пригодной для использования в условиях, в которых детали из инструментальной стали могут заржаветь.Свариваемость Это ключевая область, в которой мартенситно-стареющие марки MS1 превосходят нержавеющие стали с осадковой закалкой или алюминиевые и титановые сплавы с возрастной закалкой. Легирование низким содержанием углерода и никеля обеспечивает хорошую свариваемость с использованием нескольких традиционных и AM-процессов сварки. В целом, MS1 обладает весьма конкурентоспособными свойствами по сравнению с другими материалами, используемыми в аналогичных инженерных приложениях в аэрокосмической промышленности, производстве пресс-форм и штампов, автомобилестроении и общепромышленном секторе.

Анализ затрат

Порошковая мартенситно-стареющая сталь MS1 обладает высокими эксплуатационными характеристиками, но имеет более высокую цену по сравнению с более распространенными металлами:Сравнение цен - мартенситно-стареющая сталь и альтернативные варианты

Материал	Цена ($/кг)	Относительная цена
Мартенситно-стареющая сталь MS1	$100-130	Высокая
Инструментальная сталь (P20)	$12-15	Низкий
Нержавеющая сталь (316)	$8-12	Низкий
Алюминиевый сплав (6061)	$3-5	Очень низкий
Титановый сплав (Ti64)	$80-100	Высокая
Никелевый суперсплав (Inconel 718)	$90-120	Очень высокий

Мартенситностареющая сталь по цене аналогична титановым сплавам из-за высоких требований к качеству материала и гораздо дороже инструментальных и нержавеющих сталей. Однако высокая стоимость оправдана для критически важных компонентов, где требуются более высокие показатели прочности, усталостной долговечности, сохранения твердости и других свойств.Факторы стоимости:

• Обработка с помощью порошковой металлургии повышает стоимость по сравнению с коваными изделиями
• Ужесточение требований к химическому составу увеличивает производственные затраты
• Относительно меньшие объемы производства по сравнению с нержавеющими сталями
• Высокое содержание сплавов увеличивает стоимость материалов
• Специализированный процесс термообработки увеличивает стоимость

Ценовая надбавка ограничивает использование материала в специфических областях, требующих исключительных свойств. Однако с увеличением объемов производства, вызванным спросом на аддитивное производство, в будущем ожидается некоторое снижение стоимости.

Доступность и цепочка поставок

Порошок из мартенситно-стареющей стали MS1 поставляется по всему миру через специализированных дистрибьюторов стали и производителей металлических порошков AM:Ключевые поставщики Порошок мартенситно-стареющей стали MS1

Компания	Расположение штаб-квартиры	Ключевые страны
Sandvik Osprey	ВЕЛИКОБРИТАНИЯ	Европа, АТР
Технология столярных работ	США	Северная Америка
Höganäs	Швеция	Европа, Азия
Praxair	США	Северная Америка
Triton Alloys Inc.	Канада	Северная Америка
Пекинская технология Синьронъюань	Китай	Азиатско-Тихоокеанский регион

По сравнению с широко распространенными массовыми промышленными сплавами мартенситно-стареющая сталь выпускается в меньших объемах, но растущий рынок обусловлен высокопроизводительными приложениями в аэрокосмической, оборонной, автомобильной промышленности и промышленном машиностроении. Логистика глобальных цепочек поставок и локализованное производство могут удовлетворить растущий спрос на продукцию с применением технологии AM.

Ограничения и проблемы

Несмотря на то, что мартенситностареющая сталь MS1 обладает отличными универсальными свойствами, существуют некоторые ограничения:Ограничения мартенситно-стареющей стали MS1

Ограничение	Описание
Высокая стоимость	В 4-10 раз дороже углеродистых и нержавеющих сталей, что ограничивает их применение только критическими компонентами
Низкая стойкость к окислению	Не рекомендуется длительное использование в окислительных средах при температуре выше 400°C
Требуется контролируемая атмосфера	Требуется низкокислородная среда во время сборки AM
Низкая теплопроводность	Детали, обработанные методом AM, имеют более низкую проводимость, что влияет на предельные эксплуатационные характеристики
Вопросы безопасности	Содержание кобальта повышает опасность для дыхательных путей
Сложность вторичной переработки	Сложный состав создает проблемы с переработкой

Ценовая надбавка является наиболее ограничивающим фактором, сдерживающим повсеместное внедрение. Устойчивость к окислению уступает никелевым суперсплавам или нержавеющим сплавам из-за более низкого содержания хрома и алюминия. Длительная работа при высоких температурах требует защитных покрытий или контролируемой среды. Для обработки порошковым методом AM требуются камеры с низким содержанием кислорода для предотвращения окисления, а содержание кобальта создает риск дыхательных путей при работе с порошком, что требует контроля безопасности.

Вопросы и ответы

В: Каковы основные преимущества мартенситностареющей стали MS1 для аддитивного производства?О: Основные преимущества: сверхвысокая прочность, превышающая 2450 МПа, с хорошей вязкостью разрушения, стабильные и предсказуемые свойства благодаря контролируемому составу порошка, отличная стабильность размеров для деталей AM, высокая твердость выше 56 HRC, конкурирующая с инструментальными сталями для холодной обработки, более тонкие стенки и меньший вес по сравнению с алюминиевыми деталями, возможность изготовления сложных геометрических форм, лучшая долговечность по сравнению с инструментальными сталями при циклических нагрузках.Вопрос: Какой материал по своим свойствам наиболее близок к мартенситному сталю MS1?О: С точки зрения сочетания сверхвысокой прочности с хорошей вязкостью разрушения, ближайшей альтернативой являются титановые сплавы для аэрокосмической промышленности, такие как Ti64 (Ti-6Al-4V). Однако Ti64 имеет более высокую плотность - 4,4 г/куб. см, в то время как MS1 обеспечивает более высокую удельную прочность. Для сохранения твердости на уровне более 56 HRC наиболее близким вариантом являются инструментальные стали для холодной обработки, но они обладают более низкой вязкостью разрушения.Вопрос: В каких отраслях промышленности чаще всего используется мартенситно-стареющая сталь MS1?О: Ключевые отрасли, использующие MS1, включают аэрокосмическую промышленность для производства авиационной арматуры, компонентов, крепежа; оснастку для литья под давлением, штампы для производства деталей автомобилей и бытовой электроники; детали автомобильной трансмиссии, такие как валы, шестерни, компоненты прессов; промышленное оборудование, например, ролики для пищевой промышленности, требующие коррозионной стойкости. Будущие области роста предполагают более широкое применение в автомобильных конструкциях, протезировании, спортивных товарах.В: Требуется ли MS1 термообработка перед использованием?О: Да, термическая обработка путем отжига в растворе с последующим старением является критически важной для достижения сверхвысокой прочности более 2450 МПа и твердости более 56 HRC за счет механизмов закалки осадком. Оптимизированные параметры сборки АМ в сочетании со старением приводят к пиковым механическим характеристикам.Вопрос: Можете ли вы сварить детали из мартенситностареющей стали MS1?О: Да, MS1 демонстрирует хорошую свариваемость, сравнимую с нержавеющими сталями 300-й серии, в отличие от нержавеющих сталей с закалкой в виде осадков, которые теряют свои свойства после сварки. Рекомендуется использовать присадочный материал соответствующего состава, а после сварки может потребоваться обработка старением для восстановления пиковой прочности через зону термического влияния.

Заключение

Благодаря специально разработанному химическому составу и технологическому процессу, обеспечивающему прочность более 2450 МПа после возрастной закалки, порошок Maraging Steel MS1 открывает новые возможности для аэрокосмической, автомобильной, формовочной оснастки и критических промышленных применений нового поколения.Сверхвысокая прочность конкурирует с инструментальными сталями для холодной обработки, обеспечивая конкурентоспособную вязкость по сравнению с титановыми или никелевыми сплавами, коррозионную стойкость, близкую к нержавеющей стали 300-й серии, а также более легкую свариваемость по сравнению с другими сплавами, упрочняющимися осаждением. Аддитивное производство с использованием MS1 открывает беспрецедентные характеристики компонентов, которые переходят из оборонного и аэрокосмического секторов по мере расширения масштабов AM в более широких коммерческих и потребительских областях. По мере роста объемов производства, обусловленного применением AM в промышленности, мартенситностареющая сталь MS1 закрепится в качестве передового инженерного материала, обеспечивающего основу для мобильности, инфраструктуры и современного технологического прогресса.