18Ni300 Polvere di lega di acciaio inossidabile nichel

Introduzione

Oggi vorrei presentarvi la polvere di lega 18Ni300, ma prima di tutto vorrei sottolineare che non bisogna farsi confondere dalla parola "nichel" presente nel suo nome. Non si tratta di un tipo di acciaio inossidabile, ma di un tipo di acciaio maraging con prestazioni eccellenti nel campo della produzione di precisione. In seguito, vi porterò a comprendere tutti i misteri della polvere di lega 18Ni300 dal punto di vista di uno scienziato dei materiali.

Composizione e microstruttura della polvere di lega 18Ni300

A mio parere, per comprendere il materiale, dobbiamo innanzitutto partire dal suo "gene" - composizione chimica e microstruttura. È come sezionare una macchina complessa. Solo scoprendo ogni parte e il modo in cui è assemblata possiamo capire veramente come funziona.

Composizione chimica

Il motivo per cui la 18Ni300 può raggiungere una resistenza e una tenacità così elevate è dovuto alla sua precisa e complessa composizione chimica. È la 1 tipica lega a base di ferro in cui:

• Nichel (Ni): Il contenuto è fino a circa 18%, che è l'elemento centrale per la formazione della fase martensite a basso tenore di carbonio e una parte importante della fase di precipitazione nel processo di rafforzamento a invecchiamento avanzato.
• Cobalto (Co): Circa 9% Il cobalto contribuisce a ridurre la quantità residua di austenite dopo la tempra e favorisce la formazione di martensite. Allo stesso tempo, può anche migliorare la resistenza e la tenacità del materiale, oltre ad avere un effetto positivo sul miglioramento dell'effetto di indurimento per invecchiamento.
• Molibdeno (Mo): Circa 5% Il molibdeno è un importante elemento di rafforzamento in soluzione solida, che può formare una soluzione solida sostitutiva con il ferro e ostacolare il movimento delle dislocazioni. Inoltre, il molibdeno è un elemento chiave per la precipitazione di fasi di rinforzo (come Ni3Mo) durante il processo di invecchiamento.
• Titanio (Ti): Circa 0,6% Il titanio, sebbene non abbia un contenuto elevato, è un elemento di rinforzo decisivo per la precipitazione di piccole particelle. Forma una fase precipitata Ni3Ti con il nichel, che è uno dei principali fattori che contribuiscono all'altissima resistenza di 18Ni300.
• Alluminio (Al): di solito contiene una piccola quantità di alluminio (circa 0,1%), come disossidante e raffinatore di grani, per migliorare il tessuto fuso e l'effetto del successivo trattamento termico.
• Carbonio (C): il contenuto di carbonio è molto basso, solitamente inferiore a 0,03%. Il basso tenore di carbonio è una delle caratteristiche principali dell'acciaio maraging 18Ni300, che rende la martensite formata più tenace ed evita la fragilità della martensite tradizionale ad alto tenore di carbonio.

Trasformazione austenite-martensite

Dopo il trattamento in soluzione, il materiale forma una struttura austenitica. Tuttavia, nel successivo processo di tempra, l'austenite si trasforma quasi completamente in martensite a basso tenore di carbonio. Questa martensite è diversa dalla martensite tradizionale dell'acciaio temprato, ha un contenuto di carbonio molto basso e quindi una maggiore tenacità. A mio parere, è questa matrice di martensite unica a gettare solide basi per il successivo rafforzamento per invecchiamento.

Meccanismo di potenziamento dell'estrazione

Sappiamo che il fascino dell'acciaio maraging 18Ni300 si riflette in gran parte nel legame chiave del suo trattamento di invecchiamento. Di solito, manteniamo la temperatura di 480-520°C per diverse ore.

In questa condizione di buon assestamento, i minuscoli composti intermetallici, principalmente Ti nielevato e Mo nielevato, precipiteranno uniformemente dalla matrice di martensite a basso tenore di carbonio.

La formazione di questi precipitati non è semplicemente ammassata, ma sono abilmente combinati con la matrice in modo comune o semicomune, il che migliora notevolmente la resistenza allo snervamento e alla trazione del materiale.

Vorrei parlare nello specifico di queste due fasi principali di rinforzo:

fase Ni₃Ti: Di solito, si osserva che sono precipitati in una piccola forma sferica o ellissoidale e la dimensione è spesso controllata tra 5-20 nanometri. Il loro effetto di immobilizzazione sul movimento delle dislocazioni è molto forte ed è il fattore centrale che contribuisce all'incredibile resistenza del materiale.

fase Ni₃Mo: Anch'esse precipitano in modo simile, ma possono avere una morfologia più simile a una placca o a un fuso e dimensioni leggermente maggiori. L'aumento di NiMo non solo può fornire un significativo effetto di rafforzamento, ma anche, dal punto di vista della stabilità del tessuto, svolge un ruolo importante nella stabilizzazione del tessuto della matrice, impedendo il verificarsi di trasformazioni di fase indesiderate.

Il tipo di questi precipitati su scala nanometrica, la loro dimensione specifica, la morfologia e l'uniformità della loro distribuzione nella matrice, tutti questi dettagli determinano direttamente le prestazioni meccaniche finali del 18Ni300.

Morfologia e proprietà della polvere

Per la produzione additiva, la qualità della polvere è fondamentale. La polvere di lega 18Ni300 viene tipicamente preparata con tecniche di atomizzazione a gas o al plasma, che assicurano che le particelle di polvere abbiano una buona sfericità, un basso rapporto di vuoti e un'elevata fluidità. La morfologia ideale della polvere e la distribuzione delle dimensioni delle particelle influenzano direttamente l'uniformità e la densità della diffusione della polvere durante il processo di stampa, determinando così le prestazioni del pezzo finale.

Proprietà fisiche della polvere di lega 18Ni300

Oltre alla microstruttura, anche le proprietà fisiche macroscopiche sono fattori che i nostri ingegneri devono considerare nella scelta dei materiali.

Densità

La densità della lega 18Ni300 varia tipicamente da 8,0 g/cm³ a 8,2 g/cm³. Questa densità è moderata per un acciaio ad alta resistenza e, rispetto ad alcune leghe ad altissima resistenza (come le leghe di tungsteno), non impone un peso eccessivo alla struttura. Nel settore aerospaziale, ogni grammo di peso è fondamentale; pertanto, questa densità moderata, unita alla sua eccellente resistenza, lo rende un materiale preferito per i progetti leggeri.

Intervallo del punto di fusione

Il punto di fusione è compreso tra 1410°C e 1425°C circa. Questo punto di fusione relativamente alto garantisce che il materiale mantenga una buona integrità strutturale e proprietà meccaniche in ambienti ad alta temperatura, come i componenti dei motori. Allo stesso tempo, per i processi di produzione additiva, conoscere l'esatto intervallo del punto di fusione aiuta gli ingegneri a impostare i migliori parametri di processo, come la potenza del laser e la velocità di scansione, per garantire che la polvere sia completamente fusa e formi uno strato stampato denso.

Conducibilità termica

La conducibilità termica della lega 18Ni300 è relativamente bassa, circa 20-25W/(m - K). Questo valore è inferiore a quello di materiali ad alta conducibilità termica come il rame puro o l'alluminio puro, ma è simile a quello di molti acciai ad alta resistenza. In alcune applicazioni, una conducibilità termica più bassa può significare che è necessario prendere in considerazione una progettazione efficace della dissipazione del calore per evitare il surriscaldamento locale. Tuttavia, in altre applicazioni, come i componenti che richiedono un isolamento locale o quando si opera in presenza di elevati gradienti di temperatura, la minore conducibilità termica può invece rappresentare un vantaggio.

Ampia applicazione della polvere di lega 18Ni300

La sua combinazione unica di proprietà - altissima resistenza, eccellente tenacità, buone prestazioni a fatica e stabilità dimensionale - le conferisce un ruolo insostituibile in molti settori chiave.

Aerospaziale

Nel settore aerospaziale, ogni miglioramento delle prestazioni significa un grande progresso. Il peso è l'eterno nemico della progettazione degli aerei, mentre la resistenza è l'ancora di salvezza per garantire la sicurezza del volo. Grazie all'elevatissimo rapporto resistenza/peso e all'eccellente tenacità, il 18Ni300 è diventato un materiale ideale per la produzione di componenti chiave come le parti strutturali degli aerei, i carrelli di atterraggio, le parti di precisione dei satelliti, gli ugelli dei motori a razzo e le pale delle turbine.

Grazie alla tecnologia di produzione additiva, possiamo utilizzare la polvere 18Ni300 per produrre pezzi leggeri con una struttura interna complessa e un design di ottimizzazione della topologia, che non solo può ridurre significativamente il peso, ma anche realizzare l'integrazione funzionale e le prestazioni dei pezzi senza sacrificare le prestazioni.

Produzione di stampi di precisione

Per gli stampi di precisione, in particolare per gli stampi di pressofusione, gli stampi a iniezione o gli stampi per lavorazioni a caldo, il materiale deve avere non solo un'elevata durezza, un'alta resistenza all'usura e alla deformazione, ma anche una buona tenacità per evitare le prime cricche e un'eccellente lucidatura per soddisfare i requisiti di qualità della superficie. Dopo un adeguato trattamento termico di invecchiamento, la lega 18Ni300 può raggiungere una durezza ultraelevata, superiore a HRC 50, e la sua matrice di martensite le conferisce un'eccellente tenacità globale.

Pertanto, la polvere di lega 18Ni300 eccelle nella produzione di stampi di lunga durata e di alta precisione, in grado di resistere ad ambienti di lavoro difficili. Le sue eccellenti prestazioni possono estendere in modo significativo la durata dello stampo, ridurre i costi di produzione e migliorare la qualità del prodotto.

Dispositivi medici

Nel campo dei dispositivi medici, in particolare degli strumenti chirurgici, di alcuni dispositivi di fissaggio ortopedici e dei componenti medici personalizzati, i requisiti di forza, tenacità, resistenza alla corrosione e sterilizzazione dei materiali sono estremamente elevati. Sebbene la lega 18Ni300 non sia un biomateriale impiantabile in senso tradizionale, la sua altissima resistenza e le buone prestazioni a fatica le conferiscono un grande potenziale nella produzione di dispositivi medici non impiantabili che sopportano elevate sollecitazioni e richiedono un'alta affidabilità.

Ad esempio, in alcune complesse guide chirurgiche personalizzate, maniglie di strumenti o componenti di strumenti chirurgici robotizzati, il 18Ni300 può fornire prestazioni ineguagliate dai materiali tradizionali. Ritengo che con lo sviluppo della tecnologia di rivestimento biocompatibile, la sua applicazione in campo medico sia promettente.

Conclusioni che ribadiscono il ruolo chiave della polvere di lega 18Ni300 nella produzione ad alte prestazioni.

Il 18Ni300 è più di un semplice materiale, è piuttosto una chiave che apre innumerevoli possibilità nel campo della produzione ad alte prestazioni. La sua perfetta combinazione con la tecnologia di produzione additiva ci sta portando verso una nuova era di parti più leggere, più forti e più complesse. Credo che in futuro la polvere di lega 18Ni300 continuerà a brillare nel campo dell'alta tecnologia e a promuovere il livello di progettazione e produzione a un nuovo livello.