MIM için 17-4PH Paslanmaz Çelik Metal Tozu

Genel Bakış

17-4PH paslanmaz çelik, bileşim olarak yaklaşık 4% bakır içeren, çökelme sertleşmeli martensitik bir paslanmaz çeliktir. 17-4PH paslanmaz çeliğin toz metalurjisi sınıfı, yüksek mukavemet, iyi korozyon direnci ve çökeltme sertleştirme ısıl işlemleri ile daha da geliştirilebilen mükemmel mekanik özelliklerin kombinasyonu nedeniyle metal enjeksiyon kalıplama (MIM) uygulamaları için ideal bir seçimdir.

17-4PH tozu, sinterleme sırasındaki boyutsal kararlılığı ve genel işleme kolaylığı nedeniyle diğer rakip alaşımlara kıyasla MIM için cazip bir seçenek sunar. 17-4PH metal tozu hammaddelerinden yapılan parçalar, karmaşık geometriler için yüksek yeşil mukavemet, iyi kalıplanabilirlik ve minimum kalıntı ile temiz yanma gösterir.

Aşağıdaki bölümlerde, metal enjeksiyon kalıplamada kullanılmak üzere 17-4PH paslanmaz çelik tozu ile ilgili bileşimi, özellikleri, uygulamaları, spesifikasyonları, tedarikçileri ve diğer teknik ayrıntıları ele alacağız.

Kompozisyon

17-4PH paslanmaz çeliğin nominal bileşimi, ana alaşım elementleri olarak krom, nikel ve bakır ile birlikte aşağıda gösterilmiştir:

Masa: 17-4PH Paslanmaz Çelik Bileşimi

Element	Ağırlık %
Krom (Cr)	15.0 – 17.5
Nikel (Ni)	3.0 – 5.0
Bakır (Cu)	3.0 – 5.0
Niyobyum (Nb) + Tantal (Ta)	0.15 – 0.45
Silisyum (Si)	maksimum 1.0
Manganez (Mn)	maksimum 1.0
Karbon (C)	maksimum 0.07
Sülfür (S)	maksimum 0.03
Fosfor (P)	maksimum 0.04
Demir (Fe)	Denge

 

Bakır içeriği, 4.0-6.0% bakır içeren 17-4'e karşı 17-4PH paslanmaz çelik için ayırt edici faktördür. 17-4PH'deki daha düşük bakır, yüksek mukavemeti korurken daha iyi süneklik ve darbe özellikleri sağlar.

Silikon, manganez, karbon, sülfür ve fosfor, korozyon direncini en üst düzeye çıkarmak ve karbür çökelmesini önlemek için eser seviyelerde tutulmuştur. Niyobyum ve tantal ilaveleri sinterleme sırasında tane yapısının rafine edilmesine yardımcı olur.

Özellikler

17-4PH paslanmaz çelik, çökelme ile sertleştirilmiş durumda yüksek mukavemet ve iyi sünekliğin mükemmel bir kombinasyonunu sergiler. H900 durumundaki temel özellikler aşağıda verilmiştir:

Tablo: 17-4PH Paslanmaz Çelik Özellikleri

Mülkiyet	Değer
Yoğunluk	7,8 g/cm3
Nihai Çekme Dayanımı	1240-1300 MPa
Akma Dayanımı (0,2% ofset)	1100-1160 MPa
Elastik Modül	190-210 GPa
Uzama	10-15%
Sertlik	39-43 HRC
Darbe Dayanıklılığı	50-60 J
Yorulma Dayanımı	550 MPa
Kesme Dayanımı	760 MPa
Basınç Dayanımı	1275 MPa

 

Bu yüksek mukavemet seviyelerine ulaşmak için kullanılan çökeltme sertleştirme ısıl işlemi, 900-950°C'de çözelti tavlamasını ve ardından 450-500°C'de yaşlandırmayı içerir. Bu, dislokasyon hareketini engelleyen ve sünekliği korurken metal matrisi güçlendiren çok ince bakır bakımından zengin çökeltilerle sonuçlanır.

Yaşlandırılmadan çözelti ile tavlanmış durumda, 17-4PH paslanmaz çelik, 400 serisi paslanmaz çeliklerle eşit düzeyde daha düşük ancak yine de saygın mekanik özelliklere sahiptir. Tam sertleşmenin gerekli olmadığı durumlar için orta derecede mukavemet ve süneklik arasında iyi bir denge sağlar.

17-4PH'nin korozyon direnci martensitik 410 ve 416 paslanmaz çeliklerle karşılaştırılabilir, atmosferik korozyona ve birçok hafif kimyasala karşı faydalı direnç sağlar. Ancak 300 serisi östenitik paslanmaz çeliklere kıyasla daha düşük dirence sahiptir.

Uygulamalar

Sertleşmeden sonra yüksek mukavemet ve orta derecede korozyon direnci, 17-4PH paslanmaz çeliği aşağıdaki uygulamalara hizmet eden metal enjeksiyon kalıplı parçalar için popüler bir seçim haline getirmektedir:

• Havacılık ve uçak bileşenleri
• Ortopedik ve diş implantları
• Otomotiv, motorlar, valfler
• Plastik enjeksiyon kalıpları
• Endüstriyel takımlar, delme/damgalama takımları
• Gıda işleme ve eczacılık ekipmanları
• Petrokimya pompaları, vanalar, enstrümantasyon
• Bıçaklar, denizcilik donanımları gibi tüketici ürünleri
• Saat kılıfları, mücevher ayarları

MIM, iyi sinterlenmiş mekanik özelliklere sahip küçük, karmaşık parçalar üretmek için avantajlıdır. 17-4PH'nin mükemmel parlatılabilirliği dekoratif uygulamalar için de uygundur.

Diğer MIM alaşımlarına kıyasla 17-4PH, 316L paslanmaz çelikten daha yüksek mukavemet, 420 ve 17-4 paslanmazdan daha iyi tokluk ile benzer veya daha iyi mukavemet ve takım çeliklerinden daha üstün korozyon direnci sunar.

Metal Tozu Özellikleri

MIM hammaddesi için 17-4PH paslanmaz çelik tozu çeşitli boyut aralıklarında, kimyasallarda ve morfolojilerde ticari olarak mevcuttur. Bazı yaygın özellikler aşağıda verilmiştir:

Masa: 17-4PH Paslanmaz Çelik Metal Tozu Özellikleri

Öznitelik	Detaylar
Parçacık boyutları	3-5 um, 5-9 um, 10-20 um
Kimya aralığı	AMS 5643, ASTM A564, ASTM A705'e göre
Karbon içeriği	<0,1%, ultra düşük karbon
Oksijen içeriği	<0,6%, düşük oksijen
Morfolojiler	Küresel, kısmen küresel
Görünür yoğunluk	3.0-4.5 g/cm3
Musluk yoğunluğu	4,5-5,5 g/cm3
Akış hızı	15-35 sn/50g

 

Toz kalitesi, yüksek performanslı MIM parçaları için kritik öneme sahiptir. Toz morfolojisi, partikül boyutu dağılımı, saflık ve toz akış davranışı gibi temel özellikler, hammaddenin kalitesini ve sonuçta ortaya çıkan bileşen özelliklerini belirler.

Küresel toz morfolojisi, MIM için en iyi akış ve paketleme yoğunluğunu sağlar. Küçük partikül boyutları (<20 um) ince özellikleri yakalamak için tercih edilirken, daha büyük boyutlar akışı ve kalıplanabilirliği iyileştirir.

Toz İmalatı

17-4PH tozu gaz atomizasyonu veya inert gaz atomizasyonu prosesleri kullanılarak üretilir. Bazen yüksek basınçlı su atomizasyonu da kullanılır.

Gaz atomizasyonunda, alaşım eriyik akışı yüksek hızlı inert gaz jetleri ile ince damlacıklara ayrıştırılır. Damlacıklar hızla katılaşarak küresel şekle sahip toz parçacıklarına dönüşür. Partikül boyutu dağılımı gaz akış hızı, nozül tasarımı ve diğer proses parametreleri ile kontrol edilir.

Su atomizasyonu, metal akışının parçalanması için su jetleri kullanır. Düzensiz, uydu tipi toz parçacıkları üretir. MIM kullanımı için, tozun küresel hale getirilmesi için ek koşullandırma adımları gerekir.

Vakumlu inert gaz prosesleri, yüksek performanslı MIM hammaddeleri için en temiz ve saf 17-4PH tozu üretir. İnert gaz, eriyik ve tozun oksidasyonunu önler.

Standartlar ve Notlar

17-4PH paslanmaz çelik toz ve MIM parçalar aşağıdaki standartları ve özellikleri karşılamaktadır:

• ASTM A564 - Çökelme sertleştirmeli paslanmaz çelik tel ve şerit standardı
• ASTM A705 - Çökelme sertleşmeli kobalt-krom-nikel-bakır alaşımı (PH15-7Mo) tozu için standart
• AMS 5643 - Çökelme sertleşmeli paslanmaz çelik tozu, PH13-8Mo, PH15-7Mo kaliteleri
• AMS 5646 - Paslanmaz çelik 17-4, çökelme sertleştirmesi
• AMS 5803 - Paslanmaz çelik 15-5, toz metalurjisi

Mevcut ürün tanımları ve eşdeğer dereceler şunlardır:

• 17-4PH - UNS S17400 (en yaygın)
• 15-5PH - UNS S15500
• X5CrNiCu15-5 - DIN 1.4545
• 1RK91 - AFNOR Z6CNNbCu15-05

Bileşimsel kaliteler AMS 5643 Grup 1 alaşım aralıklarını karşılar. <0,03% C ile ultra düşük karbon tozu da mevcuttur.

Tedarikçiler

MIM için 17-4PH paslanmaz çelik metal tozu, başlıca özel alaşım ve paslanmaz çelik tozu tedarikçileri tarafından ticari olarak üretilmektedir:

Tablo: 17-4PH Paslanmaz Çelik Toz Üreticileri

Şirket	Marka İsimleri
Sandvik	Osprey + Amperit
Praxair	Printsalloy PH
Carpenter	Hydramite PH
Höganäs	Stellite 21 + Densimet PH
CNPC	FSM-17-4PH

 

Toz, metal tozu distribütörleri, MIM servis büroları, ücretli işlemciler ve hammadde tedarikçileri aracılığıyla satın alınabilir.

Maliyet Analizi

17-4PH paslanmaz çelik için toz maliyeti orta derecede yüksek olup, küçük miktarlarda kg başına $25-$45 arasında değişmektedir. Fiyat 1000 kg'ın üzerindeki büyük siparişler için daha düşüktür.

Buna karşılık, 316L paslanmaz çelik tozu $15-$30/kg iken takım çeliği tozları (H13, P20) $12-25/kg'dır.

Bitmiş MIM parçası için malzemeler, parça boyutuna ve karmaşıklığına bağlı olarak birim maliyetin 50-70%'sini oluşturur. Daha yüksek hacimlerdeki daha küçük parçalar, ikincil işlemlere kıyasla daha düşük bir malzeme maliyeti payına sahip olacaktır.

Tasarım Önerileri

17-4PH paslanmaz çelik tozunu başarılı bir şekilde uygulamak ve tam özelliklere ulaşmak için, MIM için aşağıdaki tasarım yönergeleri izlenmelidir:

• Yeterli mukavemet için minimum 0,3-0,5 mm duvar kalınlığı kullanın
• Karmaşık şekiller için en boy oranlarını 8:1'in altında tutun
• Stres yoğunlaşmalarını önlemek için 0,25 mm veya daha büyük yarıçapları dahil edin
• 0,5 mm'den fazla kalınlığa ve >35% boşluk açıklığı kesitine sahip kapı
• Anizotropik büzülme ana eksenlerde ~17%, kalınlık yönünde ~20%'dir
• Gerekli mekanik özellikler için sinterlemeden sonra >92% yoğunluk elde edin

İşleme ile İlgili Hususlar

Metal enjeksiyon kalıplama için 17-4PH toz hammaddelerinin kullanılmasında temel işleme adımları şunlardır:

• Karıştırma: Hacimce 62-68% civarında homojen toz yüklemesi ile homojen besleme stoğu oluşturmak için toz ve bağlayıcı bileşenlerin yüksek parçalayıcı karıştırılması.
• Kalıplama: Yüksek katı madde yüklemeli hammaddeler için uygun enjeksiyon kalıplama parametrelerinin kullanılması - yüksek atış boyutu, hızlı enjeksiyon hızı, yüksek tutma basıncı.
• Debinding: Bağlayıcı bileşenleri tamamen uzaklaştırmak ve kahverengi parçayı sinterlemeye hazır hale getirmek için solventle ayıklama ve ardından termal ayıklama.
• Sinterleme: Tam yoğunluğa ulaşmak için vakum veya hidrojen atmosferinde ~1300°C'ye kadar sinterleme. Sinterleme büzülmesi kalıp takımında telafi edilmelidir.
• Isıl işlem: Çözelti tavlaması ve ardından mukavemet gereksinimlerini elde etmek için gerektiği şekilde yaşlandırma/çökeltme sertleştirmesi.
• İkincil operasyonlar: Kaplama, delme, kılavuz çekme, yüzey işlemleri, kaplama, lazer markalama vb. içerebilir.

MIM hizmet büroları ve ücretli işlemciler, boyutsal doğruluk ve parçadan parçaya tekrarlanabilir mekanik özellikler sağlamak için 17-4PH MIM için en iyi uygulamaları oluşturmuştur.

Muayene ve Test

17-4PH MIM parçalarının kalite kontrolü ve onaylanması için kullanılan muayene ve test yöntemlerinden bazıları şunlardır:

• Kimyasal analiz - bileşimi ve gaz seviyelerini doğrulamak için ICP ve OES
• Partikül boyutu analizi - Toz boyutu dağılımını kontrol etmek için lazer kırınımı
• Yoğunluk testi - Arşimet yöntemi ve helyum piknometrisi
• Çekme testi - ASTM E8, UTS, akma dayanımı, uzama elde etmek için
• Sertlik testi - Sertliği kontrol etmek için Rockwell ve Vickers
• Mikroyapı - Fazları incelemek için optik mikroskopi ve SEM
• Tane boyutu - ASTM E112, tane boyutunu belirlemek için karşılaştırma yöntemleri
• Kusur analizi - Yüzey kusurlarını belirlemek için boya penetrant testi

İyi donanımlı metalürji laboratuvarları, metal tozları ve endüstriyel parçalar için uluslararası test standartlarına uygun olarak bu testleri gerçekleştirme kapasitesine sahiptir. Bu, alaşım tozu üretimi, MIM parça üretimi ve nihai parça kalifikasyonu sırasında spesifikasyonlara uygunluğu sağlar.

Sağlık ve Güvenlik

17-4PH paslanmaz çelik tozu ve parçaları katı haldeyken sağlık açısından önemli bir tehlike oluşturmaz. Ancak, bu malzemeyi kullanırken, işlerken veya makinede işlerken aşağıdaki önerilen uygulamalara uyulmalıdır:

• Tozla çalışırken KKD kullanın - eldivenler, solunum koruması, göz siperleri
• Toz döküntülerini temizlerken veya sinterlenmiş parçaları işlerken toz emme kullanın
• Eritme/sinterleme işlemlerinden kaynaklanan toz tozlarını ve dumanları solumaktan kaçının
• Metal partiküllerine maruz kalmamak için kesikleri, sıyrıkları önleyin ve tedavi edin
• Toz besleme stoğu yüklenirken güvenli toz taşıma ve aktarma prosedürlerini izleyin
• Sinterlenmiş parçaları işlerken kıvılcım çıkarmayan takımlar ve taşlama ekipmanları kullanın
• 17-4PH bileşenleri kaynaklarken veya lehimlerken yeterli havalandırma sağlayın ve KKD kullanın
• Yerel çevre yönetmeliklerine göre bertaraf edin ve çevreye toz salınımını önleyin

Doğru prosedürlerle, 17-4PH tozu ve MIM parçaları önemli bir tehlike oluşturmaz. Başlıca riskler toza maruz kalmaktan kaynaklanan potansiyel tahriş ve elleçlemeden kaynaklanan kesiklerdir. Uygun havalandırma, KKD kullanımı ve güvenli depolama bu riskleri azaltır.

SSS

S: MIM için hangi partikül boyutunda 17-4PH tozu önerilir?

C: 10-20 mikron yaygın olarak kullanılır, ancak parça geometrisine bağlı olarak 3-45 mikron arasındaki boyutlar da işe yarar. Daha ince <10 um toz ayrıntıları daha iyi yakalar ancak kalıplama için zor olabilir.

S: 17-4PH tozunun inert atmosferde işlenmesi gerekir mi?

C: Şart değildir, havada işlenebilir, ancak inert bir eldiven kutusu saflık için oksijen ve nem seviyelerinin en aza indirilmesini sağlar.

S: 17-4 ve 17-4PH paslanmaz çelik arasındaki fark nedir?

C: 17-4PH daha düşük bakır içeriğine sahiptir (3-5%'ye karşılık 17-4'te 4-6%) ve aynı mukavemet seviyesi için daha iyi darbe tokluğu ve süneklik sağlar.

S: 17-4PH paslanmaz çeliği birden fazla kez yaşlandırarak sertleştirebilir misiniz?

C: Evet, 17-4PH tekrar tekrar çökeltilerek sertleştirilebilir. Her döngü onu yüksek mukavemete döndürür, ancak süneklik tekrarlanan yaşlanma ile azalabilir.

S: 17-4PH MIM parçalar ile elde edilen tipik yüzey kalitesi nedir?

C: As-sinterlenmiş yüzey Ra 3-5 mikron civarındadır. Parlatma ve aşındırma ile 0,5 mikronun altında yüzey elde edilebilir. Kaplama da pürüzsüz yüzeyler üretir.

S: 17-4PH, MIM'e kıyasla metal 3D baskı için işe yarar mı?

C: Evet, DMLS ve bağlayıcı püskürtme için kullanılabilir ancak MIM'e kıyasla uyarlanmış parametreler gerektirir. Soğutma hızları daha yüksektir, bu nedenle özellikler farklıdır.

S: 17-4PH MIM parçalar üzerinde yaygın olarak ne tür son işlemler yapılır?

C: İşleme, delme, kılavuz çekme, taşlama, EDM, bilyeli dövme, pasivasyon, elektro-parlatma, kaplama, ısıl işlem, kaynak ve lazer markalama.

S: 17-4PH paslanmaz çelik üzerinde hangi kaplama seçenekleri iyi çalışır?

C: Akımsız nikel, sert krom, çinko nikel, kalay, bakır ve gümüş, altın ve rodyum gibi değerli metal kaplamalar korozyon veya aşınma direnci için iyi çalışır.