Serbuk Paduan Baja Tahan Karat 17-4PH Untuk Pencetakan 3D

17-4PH (juga dikenal sebagai UNS S17400 atau Grade 630) adalah baja tahan karat martensitik yang mengeras dengan presipitasi. Ini adalah salah satu serbuk logam yang paling penting dan banyak digunakan dalam Manufaktur Aditif (AM) karena kombinasi uniknya dari kekuatan tinggi, ketahanan korosi yang baik, dan kesesuaian untuk perlakuan panas.

1. Karakteristik & Komposisi Kimia Utama

Jenis Paduan: Baja Tahan Karat Martensitik Pengeras Presipitasi.

Komposisi Utama:

• Kromium (Cr): ~15-17.5% (memberikan ketahanan korosi)
• Nikel (Ni): ~3-5% (memberikan ketangguhan dan membantu pengerasan presipitasi)
• Tembaga (Cu): ~3-5% (elemen kunci yang membentuk presipitat penguat)
• Niobium (Nb)/Kolumbium (Cb): ~0.15-0.45% (membentuk karbida stabil dan berkontribusi pada kekuatan)
• Karbon (C): Rendah (<0.07%) untuk memastikan kemampuan las yang baik dan ketahanan korosi.

Fitur Penentu: Sifat-sifatnya tidak sepenuhnya terwujud dalam keadaan "seperti dicetak". Mereka dikembangkan melalui siklus perlakuan panas tertentu (penuaan) setelah pencetakan.

2. Karakteristik Serbuk untuk Pencetakan 3D (L-PBF)

Untuk Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), serbuk harus memenuhi persyaratan ketat:

• Morfologi: Sempurna Sferis. Ini tidak dapat dinegosiasikan untuk memastikan kemampuan alir yang sangat baik untuk membuat lapisan serbuk yang halus dan tipis.
• Distribusi Ukuran Partikel (PSD): Rentang tipikal adalah 15-45 µm atau 20-53 µm. Distribusi yang halus dan terkontrol ketat ini memungkinkan pencetakan resolusi tinggi dan bagian yang padat.
• Kemampuan Alir: Sangat Baik (misalnya, Hall Flow < 30 s/50g). Kritis untuk pelapisan ulang yang konsisten dan stabilitas proses.
• Kandungan Oksigen Rendah: Biasanya < 500 ppm. Dicapai melalui atomisasi gas (seringkali VIGA atau EIGA) untuk mencegah kerapuhan dan memastikan sifat mekanik yang baik.

3. Alur Kerja Pencetakan 3D & Perlakuan Panas

Keuntungan sebenarnya dari 17-4PH dibuka pasca-pemrosesan:

• Pencetakan (L-PBF): Bagian tersebut dibangun lapis demi lapis. Pemadatan yang cepat menciptakan mikrostruktur martensitik yang relatif lunak, ulet, dan jenuh (Kondisi A).
• Pereda Tegangan (Opsional tetapi Direkomendasikan): Untuk mengurangi tegangan internal dari proses pencetakan.
• Perlakuan Larutan (Kondisi A): Bagian tersebut dipanaskan hingga suhu tinggi (~1038°C / 1900°F) dan kemudian didinginkan dengan cepat. Ini menghasilkan struktur martensitik lunak, rendah karbon, ideal untuk permesinan.
• Pengerasan Presipitasi (Penuaan): Ini adalah langkah kritis. Bagian tersebut ditua pada suhu tertentu (misalnya, H900: 482°C / 900°F selama 1 jam). Selama ini, tembaga dan elemen lain mengendap keluar dari matriks, menciptakan regangan internal yang sangat besar dan secara dramatis meningkatkan kekuatan dan kekerasan.
  • Kondisi H900: Mencapai kekuatan tertinggi.
  • Kondisi H1025, H1150: Ditua pada suhu yang lebih tinggi, menghasilkan kekuatan yang lebih rendah tetapi ketangguhan dan ketahanan korosi yang lebih tinggi.

4. Sifat Mekanik: Seperti Dicetak vs. Perlakuan Panas

Transformasi sangat dramatis:

Kesimpulan Utama: 17-4PH yang dicetak 3D dan diperlakukan panas dengan benar dapat mencapai sifat mekanik yang sebanding dengan, dan terkadang melebihi, rekan tempa (diproduksi secara tradisional).

5. Keuntungan untuk Manufaktur Aditif

• Rasio Kekuatan-terhadap-Berat Tinggi: Ideal untuk komponen ringan yang menuntut struktural.
• Kemampuan Mesin yang Sangat Baik dalam Keadaan Perlakuan Larutan: Memungkinkan permesinan pasca-cetak yang mudah ke toleransi yang ketat sebelum penuaan akhir.
• Ketahanan Korosi yang Baik: Meskipun tidak tahan korosi seperti 316L di semua lingkungan, ia bekerja dengan baik di lingkungan yang agak korosif seperti atmosfer laut, terutama dalam kondisi yang terlalu tua (H1150).
• Stabilitas Dimensi Selama Penuaan: Perlakuan panas menyebabkan distorsi minimal dibandingkan dengan pendinginan dan temper baja lainnya, yang sangat penting untuk geometri AM yang kompleks.

6. Aplikasi

17-4PH adalah bahan pilihan untuk komponen fungsional berkekuatan tinggi di berbagai industri:

• Dirgantara: Braket, dudukan mesin, komponen drone, dan perangkat keras penerbangan.
• Pertahanan: Komponen senjata api (penerima, pelatuk), bagian panduan rudal.
• Industri: Impeler, bilah turbin, katup bertekanan tinggi, dan komponen pompa.
• Medis: Rahang instrumen bedah, mata bor gigi, dan alat non-implan yang membutuhkan kekuatan tinggi dan ketahanan sterilisasi.
• Otomotif: Komponen balap berperforma tinggi.

Perbandingan: 17-4PH vs. 316L untuk Pencetakan 3D

Kesimpulan

Serbuk paduan sferis 17-4PH adalah bahan dasar untuk pencetakan 3D industri. Ini memungkinkan desainer untuk memanfaatkan kebebasan geometris AM untuk membuat bagian kompleks dan ringan yang dapat diperlakukan panas untuk mencapai tingkat kekuatan yang menyaingi baja berkekuatan tinggi. Responsnya yang dapat diprediksi terhadap pasca-pemrosesan menjadikannya pilihan yang andal dan kuat untuk aplikasi rekayasa yang menuntut di seluruh sektor dirgantara, pertahanan, dan otomotif.