17-4PH Edelstahl-Pulver für den 3D-Druck

17-4PH (auch UNS S17400 oder Grade 630 genannt) ist ein Niederschlaggehärter, martensitischer Edelstahl.Es ist eines der wichtigsten und am häufigsten verwendeten Metallpulver in der additiven Fertigung (AM) aufgrund seiner einzigartigen Kombination aus hoher Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit und Eignung für die Wärmebehandlung.

1Schlüsselmerkmale und chemische Zusammensetzung

Typ der Legierung:Niederschlaggehärtetes martensitisches Edelstahl.

Schlüsselzusammensetzung:

• Chrom (Cr): ~15-17,5% (bietet Korrosionsbeständigkeit)
• Nickel (Ni): ~ 3-5% (erbringt Zähigkeit und hilft bei der Verhärtung durch Niederschlag)
• Kupfer (Cu): ~ 3-5% (Schlüsselelement zur Bildung von Verstärkungsvorkommen)
• Niob (Nb) /Kolumbium (Cb): ~ 0,15-0,45% (bildet stabile Karbide und trägt zur Festigkeit bei)
• Kohlenstoff (C): Niedrig (< 0,07%) um eine gute Schweißfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten.

Definitionsmerkmal:Seine Eigenschaften werden nicht vollständig im "wie gedruckten" Zustand realisiert. Sie werden durch einen spezifischen Wärmebehandlungszyklus (Aging) nach dem Drucken entwickelt.

2. Pulvermerkmale für den 3D-Druck (L-PBF)

Bei der Laserpulverbettenfusion (L-PBF) muss das Pulver strengen Anforderungen entsprechen:

• Morphologie:Dies ist nicht verhandelbar, um eine hervorragende Durchflussfähigkeit zu gewährleisten, um glatte, dünne Pulverschichten zu erzeugen.
• Partikelgrößenverteilung (PSD):Der typische Bereich beträgt 15-45 μm oder 20-53 μm. Diese feine, streng kontrollierte Verteilung ermöglicht hochauflösenden Druck und dichte Teile.
• Durchflussfähigkeit:Ausgezeichnet (z. B. Hall-Durchfluss < 30 s/50 g), wesentlich für eine konstante Nachbeschichtung und Prozessstabilität.
• Niedriger Sauerstoffgehalt:Typischerweise < 500 ppm. Erreicht durch Gas-Atomisation (oft VIGA oder EIGA), um Bruchbarkeit zu vermeiden und gute mechanische Eigenschaften zu gewährleisten.

3Der 3D-Druck- und Wärmebehandlungs-Workflow

Der wahre Vorteil von 17-4PH ist die freie Nachbearbeitung:

• Druck (L-PBF):Das Teil wird Schicht für Schicht gebaut. Die schnelle Verfestigung erzeugt eine relativ weiche, duktile und übersättigte martensitische Mikrostruktur (Bedingung A).
• Stressentlastung (optional, aber empfohlen):Zur Verringerung der internen Belastungen durch den Druckprozess.
• Lösungsbehandlung (Bedingung A):Das Teil wird auf eine hohe Temperatur (~ 1038 °C / 1900 °F) erhitzt und dann schnell abgekühlt.
• Niederschlagsverhärtung (Alterung):Dies ist der kritische Schritt. Das Teil wird bei einer bestimmten Temperatur (z. B. H900: 482 ° C / 900 ° F für 1 Stunde) gealtert. Während dieser Zeit werden Kupfer und andere Elemente aus der Matrix herabgefallen,Sie erzeugen eine immense innere Spannung und erhöhen die Stärke und Härte drastisch..
  • H900 Zustand: erreicht höchste Festigkeit.
  • H1025, H1150 Bedingungen: Bei höheren Temperaturen gealtert, was zu einer geringeren Festigkeit, aber zu einer höheren Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit führt.

4. Mechanische Eigenschaften: Druck oder Wärmebehandlung

Die Umwandlung ist dramatisch:

Wichtigste Erkenntnis:3D-gedruckte und richtig wärmebehandelte 17-4PH können mechanische Eigenschaften erzielen, die mit ihrem geschmiedeten (traditionell hergestellten) Gegenstück vergleichbar sind und manchmal sogar übersteigen.

5Vorteile für die additive Fertigung

• Hohe Festigkeits-Gewichts-Verhältnis:Ideal für leichte, strukturell anspruchsvolle Bauteile.
• Ausgezeichnete Bearbeitbarkeit im lösungsbehandelten Zustand:Ermöglicht eine einfache Bearbeitung nach dem Drucken bis zu engen Toleranzen vor der endgültigen Alterung.
• Gute Korrosionsbeständigkeit:Obwohl es in allen Umgebungen nicht so korrosionsbeständig ist wie 316L, funktioniert es in leicht korrosiven Umgebungen wie Meeresatmosphären, insbesondere in überalterten Bedingungen (H1150), gut.
• Dimensionelle Stabilität im Alter:Die Wärmebehandlung verursacht im Vergleich zu dem Abkühlen und Härten anderer Stähle eine minimale Verzerrung, die für komplexe AM-Geometrien entscheidend ist.

6. Anwendungen

17-4PH ist das Material der Wahl für hochfeste, funktionale Komponenten in allen Branchen:

• Luft- und Raumfahrt: Halterungen, Motorhalterungen, Drohnenkomponenten und Flughardware.
• Verteidigung: Komponenten für Feuerwaffen (Empfänger, Auslöser), Raketenführungsteile.
• Industrie: Triebwerke, Turbinenblätter, Hochdruckventile und Pumpenkomponenten.
• Medizinisch: Chirurgische Instrumenten, Zahnbohrer und nicht implantierbare Werkzeuge, die eine hohe Festigkeit und Sterilisationsbeständigkeit erfordern.
• Automobilindustrie: Hochleistungs-Rennkomponenten.

Vergleich: 17-4PH vs. 316L für den 3D-Druck

Schlussfolgerung

17-4PH-Sphärische Legierungspulver ist ein Grundstein für den industriellen 3D-Druck.leichte Teile, die thermisch behandelt werden können, um eine Festigkeit zu erreichen, die mit der von hochfesten Stählen konkurriert. Seine vorhersehbare Reaktion auf die Nachbearbeitung macht es zu einer zuverlässigen und leistungsstarken Wahl für anspruchsvolle technische Anwendungen in den Bereichen Luftfahrt, Verteidigung und Automobilindustrie.