18Ni300 Poudre d'alliage Acier inoxydable Nickel

Introduction

Aujourd'hui, j'aimerais vous présenter la poudre d'alliage 18Ni300, mais tout d'abord, j'aimerais souligner qu'il ne faut pas se laisser dérouter par le mot "nickel" dans son nom. Il ne s'agit pas d'un type d'acier inoxydable, mais d'un type d'acier maraging avec d'excellentes performances dans le domaine de la fabrication de précision. Ensuite, je vais vous aider à comprendre tous les mystères de la poudre d'alliage 18Ni300 du point de vue d'un spécialiste des matériaux.

Composition et microstructure de la poudre d'alliage 18Ni300

À mon avis, pour comprendre le matériau, il faut commencer par son "gène", c'est-à-dire sa composition chimique et sa microstructure. C'est comme disséquer une machine complexe. Ce n'est qu'en découvrant chaque pièce et la manière dont elles sont assemblées que l'on peut vraiment comprendre son fonctionnement.

Composition chimique

La raison pour laquelle le 18Ni300 peut atteindre une résistance et une ténacité aussi élevées est due à sa composition chimique précise et complexe. C'est le premier alliage typique à base de fer dans lequel :

• Nickel (Ni) : La teneur est d'environ 18%, qui est l'élément central pour la formation de la phase de martensite à faible teneur en carbone et une partie importante de la phase de précipitation dans le processus de renforcement par vieillissement tardif.
• Cobalt (Co) : Environ 9% Le cobalt contribue à réduire la quantité résiduelle d'austénite après la trempe et favorise la formation de martensite. Parallèlement, il peut également améliorer la résistance et la ténacité du matériau, et a également un effet positif sur l'amélioration de l'effet de durcissement par vieillissement.
• Molybdène (Mo) : Environ 5% Le molybdène est un important élément de renforcement en solution solide, qui peut former une solution solide substitutive avec le fer et entraver le mouvement des dislocations. Plus important encore, le molybdène est également un élément clé dans la précipitation des phases de renforcement (telles que Ni3Mo) au cours du processus de vieillissement.
• Titane (Ti) : Environ 0,6% Le titane, bien que sa teneur ne soit pas élevée, est un élément de renforcement décisif de la précipitation des petites particules. Il forme la phase précipitée Ni3Ti avec le nickel, qui est l'un des principaux facteurs contribuant à la résistance ultra-élevée du 18Ni300.
• Aluminium (Al) : contient généralement une petite quantité d'aluminium (environ 0,1%), en tant que désoxydant et affineur de grain, pour améliorer le tissu moulé et l'effet du traitement thermique ultérieur.
• Carbone (C) : la teneur en carbone est très faible, généralement inférieure à 0,03%. La faible teneur en carbone est une caractéristique majeure de l'acier maraging 18Ni300, qui confère à la martensite formée une plus grande ténacité et évite la fragilité de la martensite traditionnelle à haute teneur en carbone.

Transformation austénite-martensite

Après le traitement en solution, le matériau forme une structure austénitique. Toutefois, au cours du processus de trempe qui suit, l'austénite est presque entièrement transformée en martensite à faible teneur en carbone. Cette martensite est différente de la martensite traditionnelle de l'acier trempé, elle a une très faible teneur en carbone, ce qui lui confère une plus grande ténacité. À mon avis, c'est cette matrice unique de martensite qui constitue une base solide pour le renforcement ultérieur par vieillissement.

Mécanisme d'amélioration de l'extraction

Nous savons que le charme de l'acier maraging 18Ni300 se reflète largement dans le lien clé de son traitement de vieillissement. En général, nous maintenons l'acier maraging pendant plusieurs heures dans la fenêtre de température de 480-520°C.

Dans ces conditions bien définies, ces minuscules composés intermétalliques, principalement le Ti et le Mo niélevés, seront uniformément précipités à partir de la matrice de martensite à faible teneur en carbone.

Ces précipités ne sont pas simplement empilés, ils sont intelligemment combinés à la matrice d'une manière commune ou semi-commune, ce qui améliore considérablement la limite d'élasticité et la résistance à la traction du matériau.

Permettez-moi de parler plus particulièrement de ces deux grandes phases de renforcement :

Phase Ni₃Ti : En général, nous observons qu'ils sont précipités dans une petite forme sphérique ou ellipsoïdale, et leur taille est souvent contrôlée entre 5 et 20 nanomètres. Leur effet de pincement sur le mouvement des dislocations est très fort et constitue le facteur essentiel qui contribue à la résistance étonnante du matériau.

Phase Ni₃Mo : Ils précipitent également de la même manière, mais leur morphologie peut être plus plate ou fusiforme, et leur taille peut être légèrement plus grande. Le Niincreased Mo peut non seulement fournir un effet de renforcement significatif, mais aussi, du point de vue de la stabilité des tissus, jouer un rôle important dans la stabilisation du tissu de la matrice, en empêchant l'apparition d'une transformation de phase indésirable.

Le type de ces précipités nanométriques, leur taille spécifique, leur morphologie et l'uniformité de leur distribution dans la matrice, tous ces détails déterminent directement les performances mécaniques finales du 18Ni300.

Morphologie et propriétés des poudres

Pour la fabrication additive, la qualité de la poudre elle-même est cruciale. La poudre d'alliage 18Ni300 est généralement préparée à l'aide de techniques d'atomisation au gaz ou au plasma, ce qui garantit que les particules de poudre ont une bonne sphéricité, un faible taux de vide et une grande fluidité. La morphologie idéale de la poudre et la distribution de la taille des particules affectent directement l'uniformité et la densité de l'étalement de la poudre au cours du processus d'impression, déterminant ainsi la performance de la pièce finale.

Propriétés physiques de la poudre d'alliage 18Ni300

Outre la microstructure, les propriétés physiques macroscopiques sont également des facteurs que nos ingénieurs doivent prendre en compte lors de la sélection des matériaux.

Densité

La densité de l'alliage 18Ni300 est généralement comprise entre 8,0 g/cm³ et 8,2 g/cm³. Cette densité est modérée pour un acier à haute résistance et, comparée à certains alliages à très haute résistance (tels que les alliages de tungstène), elle n'impose pas un poids excessif à la structure. Dans le domaine aérospatial, chaque gramme de poids est crucial ; par conséquent, cette densité modérée, combinée à son excellente résistance, en fait un matériau de choix pour les conceptions légères.

Plage du point de fusion

Son point de fusion se situe entre 1410°C et 1425°C environ. Ce point de fusion relativement élevé garantit que le matériau conserve une bonne intégrité structurelle et des propriétés mécaniques dans des environnements à haute température, tels que les composants de moteurs. Dans le même temps, pour les processus de fabrication additive, connaître la plage précise du point de fusion aide les ingénieurs à définir les meilleurs paramètres du processus, tels que la puissance du laser et la vitesse de balayage, pour s'assurer que la poudre est entièrement fondue et qu'elle forme une couche imprimée dense.

Conductivité thermique

La conductivité thermique de l'alliage 18Ni300 est relativement faible, environ 20-25W/(m - K). Cette valeur est inférieure à celle des matériaux à haute conductivité thermique tels que le cuivre pur ou l'aluminium pur, mais elle est similaire à celle de nombreux aciers à haute résistance. Dans certaines applications, une conductivité thermique plus faible peut signifier qu'une conception efficace de la dissipation de la chaleur doit être envisagée pour éviter une surchauffe locale. Toutefois, dans d'autres applications, telles que les composants nécessitant une isolation locale ou fonctionnant sous des gradients de température élevés, cette faible conductivité thermique peut au contraire constituer un avantage.

Applications étendues de la poudre d'alliage 18Ni300

Sa combinaison unique de propriétés - résistance ultra-élevée, excellente ténacité, bonne performance en fatigue et stabilité dimensionnelle - lui confère un rôle irremplaçable dans de nombreux domaines clés.

Aérospatiale

Dans le domaine de l'aérospatiale, chaque amélioration des performances est synonyme de grand progrès. Le poids est l'éternel ennemi de la conception des avions, tandis que la résistance est la clé de voûte de la sécurité des vols. Grâce à son rapport résistance/poids extrêmement élevé et à son excellente ténacité, le 18Ni300 est devenu un matériau idéal pour la fabrication de composants clés tels que les pièces structurelles des avions, les pièces des trains d'atterrissage, les pièces de précision des satellites, les tuyères des moteurs de fusée et les aubes de turbines.

Grâce à la technologie de fabrication additive, nous pouvons utiliser la poudre 18Ni300 pour produire des pièces légères avec une structure interne complexe et une topologie optimisée, ce qui permet non seulement de réduire considérablement le poids, mais aussi de réaliser l'intégration fonctionnelle et les performances des pièces sans sacrifier les performances.

Fabrication de moules de précision

Pour les moules de précision, en particulier les moules de coulée sous pression, les moules d'injection ou les moules de travail à chaud, le matériau doit non seulement avoir une dureté élevée, une grande résistance à l'usure et à la déformation, mais aussi une bonne ténacité pour éviter les fissures précoces, et un excellent polissage pour répondre aux exigences de qualité de la surface. Après un traitement thermique de vieillissement approprié, l'alliage 18Ni300 peut atteindre une dureté ultra-élevée supérieure à HRC 50, et sa matrice de martensite lui confère une excellente ténacité globale.

Par conséquent, la poudre d'alliage 18Ni300 excelle dans la fabrication de moules de haute précision à longue durée de vie qui peuvent résister à des environnements de travail difficiles. Ses excellentes performances permettent de prolonger considérablement la durée de vie du moule, de réduire les coûts de production et d'améliorer la qualité du produit.

Dispositifs médicaux

Dans le domaine des dispositifs médicaux, en particulier les outils chirurgicaux, certains dispositifs de fixation orthopédique et les composants médicaux personnalisés, les exigences en matière de solidité, de robustesse, de résistance à la corrosion et de stérilisation des matériaux sont extrêmement élevées. Bien que l'alliage 18Ni300 ne soit pas un biomatériau de qualité implantaire au sens traditionnel du terme, sa très grande résistance et sa bonne tenue à la fatigue lui confèrent un grand potentiel dans la fabrication de dispositifs médicaux non implantables qui supportent des contraintes élevées et exigent une grande fiabilité.

Par exemple, dans certains guides chirurgicaux complexes, poignées d'instruments ou composants d'outils chirurgicaux assistés par robot, le 18Ni300 peut offrir des performances inégalées par les matériaux traditionnels. Je pense qu'avec le développement de la technologie des revêtements biocompatibles, son application dans le domaine médical au sens large est prometteuse.

Conclusion, réaffirmant le rôle clé de la poudre d'alliage 18Ni300 dans la fabrication de haute performance

18Ni300 est plus qu'un simple matériau, c'est une véritable clé qui ouvre d'innombrables possibilités dans le domaine de la fabrication de haute performance. Sa combinaison parfaite avec la technologie de fabrication additive nous fait entrer dans une nouvelle ère de pièces plus légères, plus solides et plus complexes. Je pense qu'à l'avenir, la poudre d'alliage 18Ni300 continuera à briller dans le domaine de la haute technologie et à faire progresser la conception technique et le niveau de fabrication vers un nouveau sommet.