Κράμα σκόνης από ανοξείδωτο χάλυβα 17-4PH για 3D εκτύπωση

Το 17-4PH (γνωστό και ως UNS S17400 ή Grade 630) είναι ένα μαρτενσιτικό ανοξείδωτο χάλυβα που σκληραίνει από βροχή.Είναι μία από τις πιο σημαντικές και ευρέως χρησιμοποιούμενες μεταλλικές σκόνες στην πρόσθετη κατασκευή (AM) λόγω του μοναδικού συνδυασμού υψηλής αντοχής, καλή αντοχή στη διάβρωση και καταλληλότητα για θερμική επεξεργασία.

1Βασικά χαρακτηριστικά και χημική σύνθεση

Τύπος κράματος:Μαρτενσιτικό ανοξείδωτο χάλυβα που σκληρύνεται από βροχόπτωση.

Βασική σύνθεση:

• Χρώμιο (Cr): ~15-17,5% (παρέχει αντοχή στη διάβρωση)
• Νικέλιο (Ni): ~ 3-5% (παρέχει αντοχή και βοηθά στην σκληρότητα από τις βροχοπτώσεις)
• Χαλκός (Cu): ~ 3-5% (το βασικό στοιχείο που σχηματίζει κατακράτητες ενίσχυσης)
• Νιόβιο (Nb) / Κολούμβιο (Cb): ~0,15-0,45% (σχηματίζει σταθερά καρβίδια και συμβάλλει στην αντοχή)
• Καρβόνιο (C): χαμηλό (< 0,07%) για τη διασφάλιση καλής συγκολλησιμότητας και αντοχής στη διάβρωση.

Οριστικό χαρακτηριστικό:Οι ιδιότητές του δεν υλοποιούνται πλήρως στην κατάσταση της "εκτύπωσης".Αυτές αναπτύσσονται μέσω ενός ειδικού κύκλου θερμικής επεξεργασίας (γήρανσης) μετά την εκτύπωση.

2Χαρακτηριστικά σκόνης για 3D εκτύπωση (L-PBF)

Για τη σύντηξη με λέιζερ σε σκόνη (L-PBF), η σκόνη πρέπει να πληροί αυστηρές απαιτήσεις:

• Μορφολογία:Αυτό είναι αδιαπραγμάτευτο για να εξασφαλιστεί εξαιρετική ροή για να δημιουργηθούν απαλά, λεπτά στρώματα σκόνης.
• Κατανομή μεγέθους σωματιδίων (PSD):Η τυπική περιοχή είναι 15-45 μm ή 20-53 μm. Αυτή η λεπτή, αυστηρά ελεγχόμενη κατανομή επιτρέπει την εκτύπωση υψηλής ανάλυσης και πυκνά μέρη.
• Δυνατότητα ροής:Εξαιρετική (π.χ. ροή Hall < 30 s/50g).
• Χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο:Συνήθως < 500 ppm. Επιτυγχάνεται μέσω ατομικοποίησης αερίου (συχνά VIGA ή EIGA) για την πρόληψη της εύθραυσης και τη διασφάλιση καλών μηχανικών ιδιοτήτων.

3Η 3D εκτύπωση και η θερμική επεξεργασία

Το πραγματικό πλεονέκτημα του 17-4PH είναι η απελευθέρωση μετά την επεξεργασία:

• Εκτύπωση (L-PBF):Το τμήμα κατασκευάζεται στρώμα-στρώμα. Η ταχεία στερεοποίηση δημιουργεί μια σχετικά μαλακή, εύκαμπτη και υπερκορεσμένη μαρτενσιτική μικροδομή (Κατάσταση Α).
• Ανακούφιση από το άγχος (προαιρετική, αλλά συνιστώμενη):Για να μειωθεί η εσωτερική πίεση από τη διαδικασία εκτύπωσης.
• Επεξεργασία με διάλυμα (Πρόθεση Α):Το μέρος θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία (~ 1038 ° C / 1900 ° F) και στη συνέχεια ψύχεται γρήγορα.
• Σκληροποίηση από βροχόπτωση (ηλικίωση):Αυτό είναι το κρίσιμο βήμα. Το μέρος παλαιώνεται σε συγκεκριμένη θερμοκρασία (π.χ., H900: 482 ° C / 900 ° F για 1 ώρα). Κατά τη διάρκεια αυτού, ο χαλκός και άλλα στοιχεία εκκρεμούν από τη μήτρα,δημιουργώντας τεράστια εσωτερική πίεση και αυξάνοντας δραματικά τη δύναμη και τη σκληρότητα.
  • H900 Κατάσταση: Επιτυγχάνεται η μέγιστη αντοχή.
  • H1025, H1150 Προϋποθέσεις: Γήρανση σε υψηλότερες θερμοκρασίες, με αποτέλεσμα χαμηλότερη αντοχή αλλά μεγαλύτερη αντοχή και αντοχή στη διάβρωση.

4Μηχανολογικές ιδιότητες: Τυπωμένα ή θερμικά επεξεργασμένα

Η μεταμόρφωση είναι δραματική:

Κλειδί Takeaway:Η 3D εκτύπωση και η κατάλληλη θερμική επεξεργασία του 17-4PH μπορούν να επιτύχουν μηχανικές ιδιότητες συγκρίσιμες με, και μερικές φορές να ξεπερνούν, το σφυρηλατημένο (παραδοσιακά κατασκευασμένο) αντίστοιχο.

5. Πλεονεκτήματα για την πρόσθετη κατασκευή

• Υψηλή αναλογία αντοχής προς βάρος:Ιδανικό για ελαφριά, δομικά απαιτητικά στοιχεία.
• Εξαιρετική μηχανική ικανότητα σε κατάσταση επεξεργασίας με διάλυμα:Επιτρέπει την εύκολη επεξεργασία μετά την εκτύπωση σε στενές ανοχές πριν από την τελική γήρανση.
• Καλή αντοχή στη διάβρωση:Αν και δεν είναι τόσο ανθεκτικό στη διάβρωση όσο το 316L σε όλα τα περιβάλλοντα, λειτουργεί καλά σε ήπια διαβρωτικά περιβάλλοντα όπως θαλάσσιες ατμόσφαιρες, ειδικά στις συνθήκες υπερβήξης (H1150).
• Σταθερότητα διαστάσεων κατά τη διάρκεια της γήρανσης:Η θερμική επεξεργασία προκαλεί ελάχιστη στρέβλωση σε σύγκριση με την ανάψυξη και την αρμονία άλλων χάλυβων, η οποία είναι κρίσιμη για σύνθετες γεωμετρικές AM.

6Εφαρμογές

Το 17-4PH είναι το υλικό της επιλογής για υψηλής αντοχής, λειτουργικά εξαρτήματα σε όλες τις βιομηχανίες:

• Αεροδιαστημική: Κράτητες, τοποθεσίες κινητήρα, εξαρτήματα drone και υλικό πτήσης.
• Άμυνα: Συστατικά πυροβόλων όπλων (αποδέκτες, πυροκροτητές), μέρη καθοδήγησης πυραύλων.
• Βιομηχανική: Στροφοφόροι, λεπίδες τουρμπίνων, βαλβίδες υψηλής πίεσης και εξαρτήματα αντλιών.
• Ιατρική: Πηγούνια χειρουργικών οργάνων, οδοντικά τρυπάνι και μη εμφυτεύσιμα εργαλεία που απαιτούν υψηλή αντοχή και αντοχή στη στείρωση.
• Αυτοκινητοβιομηχανία: Συστατικά αγώνων υψηλών επιδόσεων.

Σύγκριση: 17-4PH έναντι 316L για 3D εκτύπωση

Συμπεράσματα

Η 17-4PH σφαιρική σκόνη είναι ένα βασικό υλικό για την βιομηχανική 3D εκτύπωση.ελαφριά μέρη που μπορούν να υποβληθούν σε θερμική επεξεργασία για να επιτευχθούν επίπεδα αντοχής που να ανταγωνίζονται εκείνα των χάλυβων υψηλής αντοχήςΗ προβλέψιμη ανταπόκριση του στην μετα-επεξεργασία το καθιστά αξιόπιστη και ισχυρή επιλογή για απαιτητικές εφαρμογές μηχανικής σε αεροδιαστημικούς, αμυντικούς και αυτοκινητοβιομηχανικούς τομείς.