18Ni300 Edelstahl-Nickellegierungspulver für den 3D-Druck

Über den Autor: Alex Chen

Dr. Alex Chen ist Werkstoffwissenschaftler und spezialisiert auf Hochleistungsmetalllegierungen und additive Fertigung. Er verfügt über mehr als zehn Jahre Erfahrung in der Forschung auf dem Gebiet der martensitaushärtenden Stähle und der 3D-Druckmaterialien und konzentriert sich auf die Weiterentwicklung der nächsten Generation von Luft- und Raumfahrt- sowie industriellen Fertigungstechnologien. Mit seiner Arbeit überbrückt er die Kluft zwischen Materialwissenschaft und technischer Innovation und treibt die Zukunft der intelligenten Fertigung voran.

In der Welt der metallischen Hochleistungswerkstoffe ist die 18Ni300 Edelstahl-Nickellegierungspulver (auch bekannt als Maraging Steel 300 Pulver) zeichnet sich durch seine hervorragende Festigkeit, Zähigkeit und Stabilität aus. Als der 1 martensitaushärtende Stahl mit etwa 18% Nickel als Kern, realisiert er die Balance von "hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit", die für traditionellen Stahl schwierig ist, beides durch einzigartige Legierungsdesign und Wärmebehandlung Mechanismus haben. Heutzutage, mit dem Anstieg der additive Fertigung (3D-Druck) Technologie glänzt 18Ni300-Pulver nicht nur in der Luft- und Raumfahrt, im Formenbau, in der Automobilbranche und in der Medizin, sondern wird auch zu einem der wichtigsten Materialien zur Förderung der Innovation der Metall-3D-Druckindustrie. In diesem Artikel wird analysiert, wie 18Ni300-Pulver den neuen Standard für die Herstellung hochfester Metalle neu definiert - von den Grundlagen der Materialwissenschaft über die Leistungsvorteile bis hin zum Anwendungspotenzial im 3D-Druck.

Erfahren Sie mehr über 18Ni300 Edelstahl-Nickellegierungspulver

18Ni300 Rostfrei Materialwissenschaft Grundlagen der Stahl-Nickel-Legierung Pulver

18Ni300 bezieht sich in der Regel auf Maraging Steel 300. "18Ni" bezieht sich auf seinen Nickelgehalt von ca. 18%, der ein wesentliches Element für die Bildung einer martensitischen Matrix ist. "300" bezieht sich in der Regel auf das Intensitätsniveau in einer bestimmten Einheit. Der spezifische Wert variiert je nach Norm geringfügig, aber alles deutet auf die Eigenschaft der "ultrahohen Intensität" hin.

Es besteht neben Nickel hauptsächlich aus Kobalt (Co), Molybdän (Mo), Titan (Ti) und Aluminium (Al). Jedes dieser Legierungselemente hat seine eigene Rolle. Beispielsweise ist Nickel der Schlüssel zur Bildung einer weichen Martensitmatrix, die die Grundlage für die nachfolgende Härtungsbehandlung bildet; Kobalt kann die martensitische Umwandlungstemperatur senken und die Ausscheidung von intermetallischen Nickel-Titan-Verbindungen fördern; Molybdän kann die Mischkristallverfestigung verbessern und Ausscheidungen mit Titan bilden; und Titan und Aluminium sind die Schlüsselelemente für die "Aushärtung", sie bilden bei einer bestimmten Temperatur Ausscheidungen von intermetallischen Verbindungen im Nanobereich, wie Ni3(Ti, Al) usw. Diese winzigen Ausscheidungen, die wie zahllose "Nägel" aussehen, verankern die Korngrenzen fest und behindern die Versetzungsbewegung, wodurch das Material eine extrem hohe Festigkeit erhält.

Im Vergleich zu herkömmlichen Stählen, wie z. B. einigen martensitischen rostfreien Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt, sind die Vorteile von 18Ni300 offensichtlich. Herkömmlicher hochfester Stahl hat oft eine höhere Festigkeit und eine geringere Zähigkeit. Es ist schwierig, beides zu erreichen, und es ist schwierig zu verarbeiten. Der 18Ni300 bietet eine elegante Lösung: Er lässt sich im Mischkristall gut verarbeiten und kann nach der Wärmebehandlung eine erstaunliche Festigkeit und ausgezeichnete Zähigkeit erreichen, was bei vielen wichtigen Anwendungen von großem Vorteil ist.

18Ni300 Vorteile Edelstahl-Nickel-Legierungspulver

• Ultrahohe Festigkeit und Härte: Dies ist definitiv die stolzeste Eigenschaft des 18Ni300. Nach der Standard-Alterungsbehandlung, die Zugfestigkeit (UTS) kann leicht 1900 MPa überschreitendie Streckgrenze (YS) ist oft höher als 1800 MPaund die Härte kann mehr als 50 HRC auf der Rockwell-C-Skala erreichen. Das bedeutet, dass es enormen Belastungen standhalten kann, was ideal für die Herstellung von Luft- und Raumfahrtausrüstung (z. B. Gehäuse von Raketentriebwerken, Fahrwerkskomponenten), Hochdruckbehältern und Präzisionsformen ist, die eine extreme Belastbarkeit erfordern.
• Ausgezeichnete Zähigkeit und Bruchzähigkeit: Das beeindruckt mich besonders. Hochfeste Werkstoffe gehen oft mit Sprödigkeit einher, aber 18Ni300 durchbricht dieses Prinzip. Es verfügt über eine ausgezeichnete Zähigkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit. Das bedeutet, dass es bei Stößen oder Rissen nicht zu katastrophalen Sprödbrüchen neigt. In der Luft- und Raumfahrt ist die Zuverlässigkeit von Bauteilen sehr wichtig. Selbst kleine Risse können zu schwerwiegenden Folgen führen. Die hohe Bruchzähigkeit von 18Ni300 erhöht die Sicherheit der Bauteile erheblich.
• Ausgezeichnete Dimensionsstabilität: Dies ist eine sehr wichtige Eigenschaft bei der Herstellung von Präzisionskomponenten. 18Ni300 in der Wärmebehandlung, aufgrund der Eigenschaften der Martensit-Phase ändern, ist seine Volumenänderung sehr klein. Gleichzeitig ist sein Wärmeausdehnungskoeffizient relativ niedrig. Dies bedeutet, dass nach der Wärmebehandlung die Form und Größe der Teile mit extrem hoher Genauigkeit beibehalten werden kann, was ein unersetzlicher Vorteil für Präzisionsinstrumente und -formen ist, die eine strenge Toleranzkontrolle erfordern.
• Gute Ermüdungsfestigkeit: In vielen technischen Anwendungen sind die Bauteile einer wiederholten Be- und Entlastung ausgesetzt, die als zyklische Belastung bezeichnet wird. 18Ni300 zeigt unter diesen Ermüdungsbedingungen gute Leistungen und kann der Entstehung und Ausbreitung von Ermüdungsrissen wirksam widerstehen, wodurch sich die Lebensdauer der Bauteile verlängert, was zweifellos die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit der Ausrüstung verbessert.
• Korrosionsbeständigkeit: Auch wenn man nicht die höchste Korrosionsbeständigkeit wie bei austenitischem Edelstahl erwarten kann, weist 18Ni300 dennoch bis zu einem gewissen Grad eine gute Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere in normalen industriellen Umgebungen. Dadurch kann er in Situationen eingesetzt werden, in denen bestimmte Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit bestehen. Wenn Sie jedoch mit extrem korrosiven Umgebungen konfrontiert sind, müssen Sie zusätzliche Schutzmaßnahmen in Betracht ziehen.
• Verarbeitbarkeit und Schweißbarkeit: Dies ist für den Herstellungsprozess sehr wichtig. 18Ni300 ist im lösungsgeglühten Zustand relativ weich, was bedeutet, dass es gut zerspanbar ist und zum Drehen, Fräsen und für andere Arbeiten verwendet werden kann. In seiner Pulverform hingegen bietet es ein großes Potenzial für die additive Fertigung. Durch die additive Fertigung können wir Teile mit komplexen Formen direkt "drucken", wodurch sich der Fertigungszyklus erheblich verkürzt und eine strukturelle Optimierung erreicht wird, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer möglich ist. Nach der Wärmebehandlung kann es die höchste Leistung erzielen, was eine große Flexibilität bei der Materialgestaltung und den Fertigungsverfahren bietet.

Anwendungsbereiche von 18Ni300 Edelstahl-Nickellegierungspulver

Seine hohe Festigkeit, hohe Zähigkeit und hervorragende Verarbeitbarkeit machen es leicht, eine Vielzahl von schwierigen Herausforderungen zu meistern.

Luft- und Raumfahrt und Verteidigung:

Die Anforderungen an Materialien in der Luft- und Raumfahrtindustrie sind sehr hoch. Sie benötigen Werkstoffe, die sowohl leicht und stark sind, aber auch bei extremen Temperaturen, hohen G-Kräften, Korrosion und anderen rauen Umgebungen nicht verrutschen. Der rostfreie Stahl 18Ni300 Nickel ist für diesen Bereich wie geschaffen. Ich war an einem Projekt beteiligt, bei dem das 18Ni300 Stainless Steel Nickel Alloy Powder für die Herstellung folgender Produkte verwendet wurde Fahrwerkskomponenten für Flugzeuge. Wenn man bedenkt, dass der enorme Aufprall, den ein Flugzeug bei der Landung erleidet, ein großer Test für die Zähigkeit und Ermüdungsfestigkeit des Materials ist! Es kann auch verwendet werden für komplexe Strukturteile, Raketenhülsenund sogar Präzision und empfindliche Satellitenkomponenten. Die Wahl der es ist nichts anderes als seine ausgezeichnete Stärke-Gewichts-Verhältnis und Zuverlässigkeit unter extremen Bedingungen. Dies ist nicht etwas, das 1 Material tun kann.

Herstellung von Formen und Werkzeugen:

Einige meiner alten Freunde haben jahrzehntelang hart in der Formenbauindustrie gearbeitet. Jedes Mal, wenn sie über langlebige Formen sprechen, erwähnen sie den rostfreien Stahl 18Ni300 Nickel. Die Verschleißfestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit des langlebige Spritzgussformen, Druckgießformen und Prägeformen die damit hergestellt werden, sind einfach beeindruckend. Ich meine, wenn die Form Hunderttausende von Malen oder sogar Millionen von Malen unter hoher Temperatur und hohem Druck arbeiten muss, kann gewöhnlicher Stahl das überhaupt nicht aushalten. Der rostfreie Nickel-Stahl 18Ni300 mit seinen extrem hohen Härte und Verschleißfestigkeitkann die Lebensdauer der Form erheblich verlängern und damit die Produktionseffizienz direkt verbessern und die Kosten senken. Die wirtschaftlichen Vorteile hinter diesem.

Die Automobilindustrie:

Die Automobilindustrie, insbesondere im Bereich der Hochleistungs- und Rennwagen, strebt unaufhörlich nach Leichtbau und Leistungssteigerung. Die 18Ni300 Edelstahl Nickel hat einen guten Platz gefunden, um es zu verwenden, wie die Herstellung Hochleistungsmotorenkomponenten und Komponenten des Antriebsstrangs. Seine Stärke-Gewichts-Verhältnis Dieser Vorteil lässt sich direkt in eine bessere Kraftstoffeffizienz und ein besseres Fahrverhalten des Fahrzeugs umsetzen. Ich erinnere mich, dass ich einmal ein Auto gesehen habe, das aus 18Ni300 Edelstahl-Nickel gefertigt wurde. Das leichte und robuste Gefühl ist wirklich erstaunlich.

Medizinische Geräte und Biotechnik:

Obwohl der hohe Nickelgehalt des rostfreien Stahls 18Ni300 Nickel nicht für die direkte Verwendung als Langzeitimplantat geeignet ist, ist sein hohe Festigkeit und Formbeständigkeit sind in einigen spezifischen Szenarien sehr wertvoll. Zum Beispiel bei der Herstellung von chirurgische Werkzeugeextrem hohe Härte und Korrosionsbeständigkeit erforderlich sind; oder in der Prototypentwicklung von Präzisionsimplantatenkönnen wir seine Hochleistungseigenschaften für Konzeptnachweise und Funktionstests nutzen. Dies bezieht sich eher auf die Anwendung als Werkzeug oder Prototyp als auf das endgültige biokompatible Implantat.

Sportartikel und Präzisionsinstrumente:

Betrachten wir abschließend Anwendungen, die für das tägliche Leben von größerer Bedeutung sind. Golfschlägerköpfe und Hochleistungsfahrradteile stellen höhere Anforderungen an das Gewicht und die Festigkeit des Materials. Der rostfreie Stahl 18Ni300 Nickel kann diese Lösung bieten, die kombiniert geringes Gewicht und hohe Festigkeit. Darüber hinaus kann es auch eine einzigartige Rolle bei der Herstellung von Sensorgehäusen spielen oder Komponenten für Präzisionsinstrumente die strenge Anforderungen an die Maßhaltigkeit und die mechanischen Eigenschaften stellen. Dank seiner Leistungsfähigkeit haben Designer mehr Möglichkeiten, nach Perfektion zu streben.

Wie 18Ni300 den 3D-Druck revolutioniert

Überwindung der Grenzen der traditionellen Fertigung

Herkömmliche Fertigungsverfahren, insbesondere die spanende Bearbeitung, sind bei komplexen Strukturen immer unzureichend. Die Kombination von 18Ni300 und 3D-Druck durchbricht diese Einschränkungen vollständig.

Realisierung der komplexen Geometrie: Als ich zum ersten Mal das im 3D-Druckverfahren hergestellte Teil aus 18Ni300-Edelstahl-Nickel sah, war ich von der komplexen inneren Gitterstruktur und der präzisen Topologie-Optimierung einfach nur begeistert. Diese sind durch konventionelles Gießen, Schmieden oder Schneiden einfach unvorstellbar. Das bedeutet, dass Ingenieure sich von den Beschränkungen der "Herstellbarkeit" befreien und mutig Optimierungsstrukturen entwerfen können, die nur in der Theorie existieren.

Leichtes Potenzial: Unter Beibehaltung oder sogar Verbesserung der mechanischen Eigenschaften eines Bauteils kann das Gewicht erheblich reduziert werden. Dies ist in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie zweifellos ein großer Vorteil. Mit der additiven Fertigung können wir hohle, wabenartige Strukturen entwerfen oder einfach Material dort aufschichten, wo Kräfte benötigt werden, was bei herkömmlichen Verfahren fast unmöglich ist.

Kürzere Entwicklungszyklen und Anpassungen: Früher konnte es Wochen oder sogar Monate dauern, bis ein neues Teil entworfen und als Prototyp getestet wurde. Mit dem 3D-Druck können wir jetzt Entwürfe schnell überarbeiten und innerhalb weniger Tage physische Prototypen für Tests erstellen. Für hochgradig individualisierte Produkte in kleinen Stückzahlen, wie medizinische Implantate oder Rennsportteile, ist dieser Vorteil unübertroffen. Das hat mich zum Nachdenken gebracht: Wird in Zukunft jedes Endprodukt seine eigene Fertigungsdatei haben?

18Ni300 Edelstahl-Nickellegierungspulver und additive Fertigungstechnologie

Um diese Veränderungen zu erreichen, sind die Eigenschaften des Edelstahl-Nickellegierungspulvers 18Ni300 selbst und die verwendete additive Fertigungstechnologie von zentraler Bedeutung.

Übliche 3D-Drucktechnologien: Derzeit liegt mein Hauptaugenmerk auf Selektives Laserschmelzen (SLM), oder besser bekannt als Laser-Pulverbettschmelzen (LPBF). Das Prinzip ist einfach, aber voller Weisheit: Eine dünne Schicht aus 18Ni300 Edelstahl-Nickellegierungspulver wird gleichmäßig auf der Bauplattform verteilt, und dann schmilzt ein hochenergetischer Laserstrahl das Pulver Punkt für Punkt entsprechend dem digitalen Modell, um einen dichten Querschnitt zu bilden. Die Plattform wird abgesenkt, dann wird eine weitere Pulverschicht aufgetragen, und der Schmelzvorgang wird wiederholt, bis das gesamte Teil fertiggestellt ist.

Anforderungen an die Pulvereigenschaften: Der erfolgreiche 3D-Druck stellt fast schon strenge Anforderungen an die Qualität von 18Ni300 Stainless Steel Nickel Alloy Powder.

• Partikelgrößenverteilung: Dies steht in direktem Zusammenhang mit der Fließfähigkeit des Pulvers, der Gleichmäßigkeit der Verteilung des Pulvers und der Dichte des Endprodukts. Zu grobe oder zu feine Pulver sind nicht erwünscht. Ein idealer Korngrößenbereich kann die Bildung eines stabilen Schmelzbades unter der Einwirkung des Lasers gewährleisten und die Porosität verringern.
• Sphärizität: Je kugelförmiger die Pulverpartikel sind, desto besser ist die Fließfähigkeit und desto höher ist die Schüttdichte. Dies ist für den Pulverstreuprozess von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass jede Pulverschicht gleichmäßig und gleichmäßig verteilt ist. Unregelmäßige Partikel können "Brückenbildung" oder Hohlräume verursachen.
• Chemische Reinheit und Einheitlichkeit: Die hervorragende Leistung von 18Ni300 Stainless Steel Nickel ist auf sein präzises Legierungsverhältnis zurückzuführen. Verunreinigungen oder Inhomogenitäten in der Zusammensetzung des Pulvers wirken sich direkt auf die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts aus, wie z. B. Festigkeit, Zähigkeit und Ermüdungsfestigkeit. Es ist wie beim Kochen: Die Reinheit und Dosierung der Zutaten ist die Grundlage für die Delikatesse.
• SauerstoffaufnahmeHohe Sauerstoffaufnahme führt zu erhöhter Sprödigkeit des Drucks und zur Bildung von Oxidationseinschlüssen, die die Ursache für Rissbildung sind. Daher ist es sehr wichtig, den Sauerstoffgehalt bei der Pulverherstellung, der Lagerung und dem Druck streng zu kontrollieren.

Optimierung der DruckparameterLaserleistung, Scangeschwindigkeit, Schichtdicke, Scanstrategie - die Kombination dieser Parameter ist der Schlüssel zur Bestimmung der Druckqualität. Sie interagieren miteinander und bilden einen komplexen Optimierungsraum. Wir Materialwissenschaftler müssen oft eine große Anzahl von Experimenten durchführen, kombiniert mit Simulationen, um das beste "Prozessfenster" zu finden, um die höchste Dichte und optimale mechanische Eigenschaften zu erreichen.

Die Bedeutung der Nachbearbeitung: 3D-gedruckte Teile sind nicht der Endpunkt des "einen Schrittes". Heißisostatisches Pressen (HIP) und Alterungswärmebehandlung sind unverzichtbare Nachbearbeitungsschritte. Durch die HIP-Behandlung können interne Mikroporen wirksam beseitigt und die Dichte und Ermüdungsleistung der Teile erheblich verbessert werden, was der Schlüssel zur Angleichung der Leistung gedruckter Teile an die herkömmlicher Schmiedeteile ist. Durch die Alterungswärmebehandlung kann 18Ni300 seinen Maraging-Verstärkungsmechanismus voll ausspielen und die erwartete ultrahohe Festigkeit erreichen.

Schlussfolgerung:

Von der traditionellen Metallurgie bis hin zu modernsten 3D-Drucktechnologien wie dem Laser Powder Bed Melting (LPBF) verändert das 18Ni300 Stainless Steel Nickel Alloy Powder die Fertigungslandschaft in nie gekannter Weise. Es gibt den Ingenieuren nicht nur Gestaltungsfreiheit, sondern ermöglicht es auch, "Festigkeit, Zähigkeit, Präzision und geringes Gewicht" perfekt zu vereinen. Ob es sich nun um die wichtigsten Strukturteile von Trägerflugzeugen oder um den Bedarf an extremer Maßhaltigkeit von Präzisionsformen handelt, 18Ni300 erweitert ständig die Leistungsgrenzen von Metallwerkstoffen. Mit den kontinuierlichen Fortschritten bei der Pulveraufbereitung und der Optimierung der Druckparameter wird dieses hochleistungsfähige martensitaushärtende Stahlpulver auch in Zukunft in der High-End-Fertigung, in der Luft- und Raumfahrt und im Bereich der intelligenten Fertigung seine Stärken ausspielen.