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.
