18Ni300 Legierungspulver Rostfreier Stahl Nickel

Einführung

Heute möchte ich Ihnen das Legierungspulver 18Ni300 vorstellen, aber zunächst einmal möchte ich betonen, dass Sie sich nicht von dem Wort "Nickel" in seinem Namen verwirren lassen sollten. Es handelt sich nicht um eine Art von rostfreiem Stahl, sondern um eine Art von martensitaushärtendem Stahl mit ausgezeichneten Leistungen im Bereich der Präzisionsfertigung. Im Folgenden werde ich Ihnen alle Geheimnisse des 18Ni300-Legierungspulvers aus der Sicht eines Materialwissenschaftlers erläutern.

Zusammensetzung und Mikrostruktur von 18Ni300-Legierungspulver

Um das Material zu verstehen, müssen wir meiner Meinung nach zunächst mit seiner "Gen"-chemischen Zusammensetzung und Mikrostruktur beginnen. Das ist wie das Sezieren einer komplexen Maschine. Nur wenn wir die einzelnen Teile und ihren Zusammenbau kennen, können wir wirklich verstehen, wie sie funktioniert.

Chemische Zusammensetzung

Der Grund, warum 18Ni300 eine so hohe Festigkeit und Zähigkeit erreichen kann, liegt in seiner präzisen und komplexen chemischen Zusammensetzung. Es ist die 1 typische Eisenbasislegierung, in der:

• Nickel (Ni): Der Gehalt beträgt bis zu etwa 18%, welches das Kernelement für die Bildung der kohlenstoffarmen Martensitphase und ein wichtiger Bestandteil der Ausscheidungsphase im späten Alterungsprozess ist.
• Kobalt (Co): Etwa 9% Kobalt hilft, die Restmenge an Austenit nach dem Abschrecken zu reduzieren und fördert die Bildung von Martensit. Gleichzeitig kann es auch die Festigkeit und Zähigkeit des Materials verbessern und hat auch einen positiven Effekt auf die Verbesserung der Alterungshärtung Wirkung.
• Molybdän (Mo): Etwa 5% Molybdän ist ein wichtiges festigkeitssteigerndes Element in Mischkristallen, das mit Eisen einen Substitutionsmischkristall bilden und die Versetzungsbewegung behindern kann. Noch wichtiger ist, dass Molybdän auch ein Schlüsselelement bei der Ausscheidung von Verfestigungsphasen (wie Ni3Mo) während des Alterungsprozesses ist.
• Titan (Ti): Etwa 0,6% Titan ist, obwohl es keinen hohen Anteil hat, ein entscheidendes Element für die Verstärkung durch Ausscheidung kleiner Partikel. Es bildet Ni3Ti ausgefällt Phase mit Nickel, die einer der wichtigsten Faktoren für die ultra-hohe Festigkeit von 18Ni300 ist.
• Aluminium (Al): enthält in der Regel eine kleine Menge Aluminium (ca. 0,1%), als Desoxidationsmittel und Kornfeinungsmittel, um das Gussgewebe und die anschließende Wärmebehandlung zu verbessern.
• Kohlenstoff (C): Der Kohlenstoffgehalt ist sehr niedrig, normalerweise weniger als 0,03%. Der niedrige Kohlenstoffgehalt ist ein Hauptmerkmal des martensitaushärtenden Stahls 18Ni300, wodurch der gebildete Martensit eine höhere Zähigkeit aufweist und die Sprödigkeit des herkömmlichen Martensits mit hohem Kohlenstoffgehalt vermieden wird.

Austenit-Martensit-Umwandlung

Nach der Lösungsbehandlung bildet das Material ein austenitisches Gefüge. Beim anschließenden Abschrecken wird der Austenit jedoch fast vollständig in kohlenstoffarmen Martensit umgewandelt. Dieser Martensit unterscheidet sich von dem herkömmlichen Martensit aus gehärtetem Stahl, da er einen sehr niedrigen Kohlenstoffgehalt hat und daher eine höhere Zähigkeit aufweist. Meiner Meinung nach ist es diese einzigartige Martensitmatrix, die eine solide Grundlage für die spätere Alterungshärtung bildet.

Mechanismus zur Verbesserung der Extraktion

Wir wissen, dass der Charme des martensitaushärtenden Stahls 18Ni300 zum großen Teil auf die Alterungsbehandlung zurückzuführen ist. Normalerweise halten wir mehrere Stunden im Temperaturfenster von 480-520°C.

Unter dieser gut eingestellten Bedingung werden diese winzigen intermetallischen Verbindungen, vor allem nielevatisiertes Ti und nielevatisiertes Mo, gleichmäßig aus der kohlenstoffarmen Martensitmatrix ausgeschieden.

Diese Ausscheidungen werden nicht einfach aufgehäuft, sondern auf geschickte Art und Weise mit der Matrix verbunden, was die Streckgrenze und die Zugfestigkeit des Materials erheblich verbessert.

Ich möchte speziell auf diese beiden Hauptphasen der Verstärkung eingehen:

Ni₃Ti-Phase: Normalerweise werden sie in einer kleinen kugelförmigen oder ellipsoiden Form ausgeschieden, und ihre Größe liegt oft zwischen 5 und 20 Nanometern. Ihre Pinning-Wirkung auf die Versetzungsbewegung ist sehr stark und der Hauptfaktor, der zu der erstaunlichen Festigkeit des Materials beiträgt.

Ni₃Mo-Phase: Sie fallen in ähnlicher Weise aus, können aber eine platten- oder spindelförmige Morphologie aufweisen und etwas größer sein. Erhöhtes Ni-Mo kann nicht nur eine erhebliche Verstärkungswirkung haben, sondern spielt auch unter dem Gesichtspunkt der Gewebestabilität eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung des Matrixgewebes und verhindert das Auftreten einer unerwünschten Phasenumwandlung.

Die Art dieser nanoskaligen Ausscheidungen, ihre spezifische Größe, ihre Morphologie und ihre gleichmäßige Verteilung in der Matrix - all diese Details bestimmen direkt die endgültige mechanische Leistung von 18Ni300.

Morphologie und Eigenschaften des Pulvers

Für die additive Fertigung ist die Qualität des Pulvers selbst entscheidend. Das Pulver aus der Legierung 18Ni300 wird in der Regel durch Gas- oder Plasmazerstäubung hergestellt, wodurch sichergestellt wird, dass die Pulverpartikel eine gute Sphärizität, einen geringen Porenanteil und eine hohe Fließfähigkeit aufweisen. Die ideale Morphologie des Pulvers und die Partikelgrößenverteilung wirken sich direkt auf die Gleichmäßigkeit und Dichte der Pulververteilung während des Druckprozesses aus und bestimmen somit die Leistung des endgültigen Teils.

Physikalische Eigenschaften von 18Ni300-Legierungspulver

Neben der Mikrostruktur sind auch die makroskopischen physikalischen Eigenschaften Faktoren, die unsere Ingenieure bei der Auswahl von Materialien berücksichtigen müssen.

Dichte

Die Dichte der Legierung 18Ni300 liegt normalerweise zwischen 8,0 g/cm³ und 8,2 g/cm³. Diese Dichte ist für hochfesten Stahl moderat und stellt im Vergleich zu einigen ultrahochfesten Legierungen (wie Wolframlegierungen) keine übermäßige Gewichtsbelastung für die Struktur dar. In der Luft- und Raumfahrt kommt es auf jedes Gramm Gewicht an; daher ist diese moderate Dichte in Verbindung mit der hervorragenden Festigkeit ein bevorzugtes Material für Leichtbaukonstruktionen.

Schmelzpunktbereich

Es hat einen Schmelzpunkt im Bereich von etwa 1410°C bis 1425°C. Dieser relativ hohe Schmelzpunkt gewährleistet, dass das Material seine strukturelle Integrität und seine mechanischen Eigenschaften in Umgebungen mit hohen Temperaturen, wie z. B. bei Motorkomponenten, beibehält. Gleichzeitig hilft die Kenntnis des genauen Schmelzpunktbereichs den Ingenieuren bei additiven Fertigungsverfahren, die besten Prozessparameter wie Laserleistung und Scangeschwindigkeit einzustellen, um sicherzustellen, dass das Pulver vollständig geschmolzen wird und eine dichte Druckschicht bildet.

Wärmeleitfähigkeit

Die Wärmeleitfähigkeit der Legierung 18Ni300 ist relativ niedrig, etwa 20-25 W/(m - K). Dieser Wert ist niedriger als bei Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie reinem Kupfer oder reinem Aluminium, aber ähnlich wie bei vielen hochfesten Stählen. Bei einigen Anwendungen kann eine geringere Wärmeleitfähigkeit bedeuten, dass eine effektive Wärmeableitung in Betracht gezogen werden muss, um eine lokale Überhitzung zu vermeiden. Bei anderen Anwendungen, z. B. bei Bauteilen, die lokal isoliert werden müssen, oder beim Betrieb unter hohen Temperaturgradienten, kann die geringere Wärmeleitfähigkeit jedoch eher von Vorteil sein.

Umfassende Anwendung von 18Ni300 Legierungspulver

Seine einzigartige Kombination von Eigenschaften - höchste Festigkeit, ausgezeichnete Zähigkeit, gute Ermüdungseigenschaften und Dimensionsstabilität - macht ihn in vielen Schlüsselbereichen unersetzlich.

Luft- und Raumfahrt

Im Bereich der Luft- und Raumfahrt bedeutet jede Leistungsverbesserung einen großen Fortschritt. Das Gewicht ist der ewige Feind der Flugzeugkonstruktion, während die Festigkeit die Lebensader für die Flugsicherheit ist. Mit seinem extrem hohen Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und seiner ausgezeichneten Zähigkeit ist 18Ni300 ein idealer Werkstoff für die Herstellung von Schlüsselkomponenten wie Flugzeugstrukturteilen, Fahrwerksteilen, Satellitenpräzisionsteilen, Raketentriebwerksdüsen und Turbinenschaufeln geworden.

Mit Hilfe der additiven Fertigungstechnologie können wir 18Ni300-Pulver verwenden, um leichte Teile mit komplexer interner Struktur und optimierter Topologie zu produzieren, die nicht nur das Gewicht erheblich reduzieren, sondern auch die funktionale Integration und Leistung der Teile ohne Leistungseinbußen realisieren können.

Präzisionsformenbau

Für Präzisionsformen, insbesondere für anspruchsvolle Druckgussformen, Spritzgussformen oder Warmarbeitsformen, muss das Material nicht nur eine hohe Härte und eine hohe Festigkeit aufweisen, um Verschleiß und Verformung zu widerstehen, sondern auch eine gute Zähigkeit, um frühzeitige Risse zu vermeiden, und eine hervorragende Polierbarkeit, um die Anforderungen an die Oberflächenqualität zu erfüllen. Nach einer angemessenen Wärmebehandlung kann die Legierung 18Ni300 eine ultrahohe Härte von über HRC 50 erreichen, und ihre Martensitmatrix verleiht ihr eine ausgezeichnete umfassende Zähigkeit.

Daher eignet sich das Pulver aus der Legierung 18Ni300 hervorragend für die Herstellung von langlebigen, hochpräzisen Formen, die rauen Arbeitsbedingungen standhalten können. Seine hervorragende Leistung kann die Lebensdauer der Form erheblich verlängern, die Produktionskosten senken und die Produktqualität verbessern.

Medizinische Geräte

Im Bereich der medizinischen Geräte, insbesondere bei chirurgischen Werkzeugen, bestimmten orthopädischen Fixiervorrichtungen und kundenspezifischen medizinischen Komponenten, werden extrem hohe Anforderungen an die Festigkeit, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Sterilisation von Materialien gestellt. Obwohl die Legierung 18Ni300 kein implantierfähiges Biomaterial im herkömmlichen Sinne ist, bietet sie aufgrund ihrer extrem hohen Festigkeit und guten Ermüdungseigenschaften ein großes Potenzial für die Herstellung nicht implantierbarer medizinischer Geräte, die hohen Belastungen standhalten müssen und eine hohe Zuverlässigkeit erfordern.

So kann 18Ni300 beispielsweise bei einigen komplexen kundenspezifischen chirurgischen Führungen, Instrumentengriffen oder robotergestützten chirurgischen Werkzeugkomponenten eine Leistung erbringen, die von herkömmlichen Materialien nicht erreicht wird. Ich glaube, dass mit der Entwicklung der biokompatiblen Beschichtungstechnologie ihre Anwendung im breiteren medizinischen Bereich vielversprechend ist.

Schlussfolgerung, die die Schlüsselrolle von 18Ni300-Legierungspulver in der Hochleistungsfertigung bekräftigt

18Ni300 ist mehr als nur ein Werkstoff, es ist vielmehr wie ein Schlüssel, der unzählige Möglichkeiten im Bereich der Hochleistungsfertigung eröffnet. Seine perfekte Kombination mit der additiven Fertigungstechnologie führt uns in eine neue Ära leichterer, stärkerer und komplexerer Teile. Ich bin davon überzeugt, dass 18Ni300-Legierungspulver auch in Zukunft im Hightech-Bereich glänzen und das technische Design und die Fertigung auf ein neues Niveau heben wird.