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.
