Порошок из нержавеющей стали 316L

Порошок из нержавеющей стали 316L является популярным материалом для многих применений благодаря своей превосходной коррозионной стойкости, механическим свойствам и биосовместимости. В данном руководстве представлен подробный обзор порошка 316L, включая его свойства, методы производства, области применения, поставщиков и многое другое.

Обзор порошка из нержавеющей стали 316L

Порошок из нержавеющей стали 316L - это тип сплава нержавеющей стали, содержащий молибден для повышения коррозионной стойкости. Буква "L" означает низкое содержание углерода, что улучшает свариваемость.

К основным свойствам и характеристикам порошка 316L относятся:

• Отличная коррозионная стойкость, особенно против точечной и щелевой коррозии
• Высокая прочность и хорошая пластичность
• Выдающаяся биосовместимость и пригодность для использования в медицинских имплантатах
• Немагнитная аустенитная структура
• Высокая стойкость к окислению и ползучести при повышенных температурах
• Доступны частицы различных размеров и морфологии

Порошок 316L может быть получен методом газового распыления, распыления водой и другими способами. Процесс производства порошка влияет на такие его характеристики, как форма частиц, распределение по размерам, текучесть и др.

Ниже приводится сравнение различных типов порошка 316L и их типичных применений:

Тип порошка	Размер частиц	Морфология	Приложения
Распыление газа	15-150 мкм	Сферическая	Аддитивное производство, MIM
Распыление воды	10-300 мкм	Нерегулярные, дендритные	Литье металлов под давлением
Распыление плазмы	<100 мкм	Сферическая	Аддитивное производство
Электролитический	<150 мкм	Дендритные, шиповидные	Аддитивное производство, прессование
Карбонил	<10 мкм	Сферическая	Порошковая металлургия, прессование

Порошок 316L ценится за сочетание прочности, коррозионной стойкости и биосовместимости. К числу основных областей применения относятся:

• Аддитивное производство - селективное лазерное плавление, прямое лазерное спекание металлов, струйное нанесение связующего
• Литье металлов под давлением - небольшие сложные детали, такие как ортопедические имплантаты
• Прессование и агломерация - Фильтры, пористые структуры, самосмазывающиеся подшипники
• Покрытие поверхности - для повышения износостойкости и коррозионной стойкости
• Пайка и сварка - в качестве присадочного материала

Ниже приведен обзор применения порошка 316L в различных производственных процессах:

Производственный процесс	Как используется порошок 316L
Аддитивное производство	Порошковый слой избирательно расплавляется лазером для создания 3D-деталей
Литье металлов под давлением	Порошок смешивается со связующим, формуется, затем спекается
Прессование и спекание	Порошок прессуется в форме, а затем спекается
Покрытие поверхности	Напыление или наплавление на поверхность методом термического напыления, лазерной наплавки и т.д.
Пайка и сварка	Используется в качестве наполнителя при соединении

Ультрамелкая зернистая структура и однородная консистенция, получаемая из порошков, делают 316L идеальным материалом для ответственных применений в аэрокосмической, медицинской, химической промышленности и т.д.

Свойства порошка из нержавеющей стали 316L

Порошок 316L обладает сочетанием таких полезных свойств, как коррозионная стойкость, прочность, твердость, свариваемость и биосовместимость. Вот некоторые ключевые свойства порошка 316L:

Механические свойства

• Прочность на разрыв: 500-700 МПа
• Предел текучести: 200-300 МПа
• Удлинение: 40-50%
• Твердость: ≤ 200 HV
• Модуль упругости: 190-210 ГПа

Физические свойства

• Плотность: 7,9-8,1 г/куб. см
• Температура плавления: 1370-1400°C

Коррозионная стойкость

• PREN > 23 для стойкости к точечной/врезной коррозии
• Высокая устойчивость к воздействию кислот, хлоридов, сульфатов

Другие объекты недвижимости

• Немагнитная аустенитная структура
• Отличная биосовместимость и обрабатываемость
• Низкий коэффициент теплового расширения
• Хорошая тепловая/электрическая проводимость

Механическая прочность, твердость и коррозионная стойкость могут быть оптимизированы путем правильного управления производством порошка, распределением частиц по размерам и последующей обработкой, например горячим изостатическим прессованием.

Методы производства порошка 316L

Порошок 316L может быть получен различными способами. В результате каждого способа производства получаются порошки с различными характеристиками, оптимизированными для конкретных применений.

Газовая атомизация

При газовом распылении сплав 316L расплавляется, а затем распадается на мелкие капли с помощью струй инертного газа высокого давления. Капли быстро затвердевают, превращаясь в сферические порошки.

Типичные свойства порошка:

• Размер частиц: 15-150 мкм
• Морфология: высокосферическая
• Текучесть: Отличная
• Кажущаяся плотность: 2,5-4,5 г/куб. см
• Содержание кислорода: Низкое содержание

Порошок 316L, распыляемый газом, обладает высокой сферичностью и текучестью, необходимыми для аддитивного производства. Более мелкие частицы размером менее 45 мкм используются для лазерных процессов АМ.

Распыление воды

При водяном распылении поток расплавленного 316L разбивается на капли высокоскоростными струями воды. В результате быстрого охлаждения порошки имеют неправильную форму.

Типичные свойства порошка:

• Размер частиц: 10-300 мкм
• Морфология: Нерегулярные, дендритные
• Текучесть: Умеренная
• Кажущаяся плотность: 2-4 г/куб. см
• Содержание кислорода: Выше

Неравномерная морфология обеспечивает механическое сцепление при сжатии, что делает распыленный водой 316L пригодным для литья металлов под давлением.

Плазменное распыление

При плазменном распылении расплав распыляется на более мелкие и сферические порошки, чем при газовом распылении.

Типичные свойства порошка:

• Размер частиц: 5-100 мкм
• Морфология: высокосферическая
• Текучесть: Отличная
• Кажущаяся плотность: >3 г/куб. см
• Содержание кислорода: Низкое содержание

Порошок 316L, распыляемый плазмой, имеет очень мелкие размеры, необходимые для лазерной АМ, и отличные текучие свойства.

Электродное индукционное плавление с газовым распылением (ЭИГА)

EIGA предполагает индуктивное плавление проволочного сырья 316L с последующим распылением в газовой среде. При этом получаются высокосферические наноразмерные порошки.

Типичные свойства порошка:

• Размер частиц: 10-150 нм
• Морфология: высокосферическая
• Текучесть: Умеренная
• Кажущаяся плотность: ∼3 г/куб. см
• Содержание кислорода: Низкое содержание

Сверхтонкий порошок 316L производства компании EIGA обладает свойствами, оптимизированными для процесса AM со струйным нанесением связующего.

Электролиз

В электролитическом процессе 316L растворяется на аноде и осаждается на катоде с получением шипообразных и дендритных порошков.

Типичные свойства порошка:

• Размер частиц: До 150 мкм
• Морфология: Колючие, дендритные
• Текучесть: Плохая
• Кажущаяся плотность: 2-4 г/куб. см
• Содержание кислорода: Низкое содержание

Неравномерная морфология и пористая структура электролитического порошка 316L делают его пригодным для применения в процессах AM, таких как электронно-лучевое плавление.

Карбонильный процесс

Карбонильный процесс включает в себя разложение газообразных карбонилов металлов с получением мелкодисперсных сферических порошков.

Типичные свойства порошка:

• Размер частиц: Менее 10 мкм
• Морфология: высокосферическая
• Текучесть: Хорошая
• Кажущаяся плотность: ∼4 г/куб. см
• Содержание кислорода: Низкое содержание

Порошок карбонила 316L имеет очень мелкие частицы, используемые для прессования и спекания. Высокая степень чистоты обеспечивает превосходные свойства спеченных изделий.

Области применения порошка из нержавеющей стали 316L

Порошок 316L используется во многих отраслях промышленности благодаря своим отличным сбалансированным свойствам. К числу основных областей применения относятся:

Аддитивное производство

• Аэрокосмические и авиационные компоненты
• Ортопедические и зубные имплантаты
• Автомобильные детали, такие как клапаны, насосы
• Биомедицинские устройства, такие как хирургические инструменты
• Морские применения, например, рабочие колеса

Литье металлов под давлением

• Ортопедические имплантаты - коленные, тазобедренные и т.д.
• Зубные имплантаты и изделия
• Режущие инструменты, бритвенные лезвия
• Компоненты часов

Прессование и спекание

• Фильтры и пористые структуры
• Самосмазывающиеся подшипники
• Компоненты, удерживающие магнит
• Поршни, втулки синхронизаторов

Покрытие поверхности

• Коррозионно- и износостойкие покрытия
• Биомедицинские покрытия, такие как стенты, имплантаты
• Восстановительные покрытия для арматуры, насосов
• Декоративные покрытия

Сварка и пайка

• Аэрокосмические компоненты
• Криогенные сосуды и трубы
• Оборудование для пищевой промышленности
• Биомедицинские устройства

Порошок 316L также используется для смешивания с другими сплавами с целью получения индивидуальных свойств. Благодаря своей биосовместимости 316L широко используется для изготовления хирургических инструментов, имплантатов, стентов и других изделий медицинского назначения.

Здесь представлен обзор того, как свойства порошка 316L, такие как размер частиц и морфология, влияют на его применение в различных областях:

Приложение	Предпочтительные свойства порошка
Лазер AM	Малый размер частиц (<45 мкм), сферические, текучие
Электронно-лучевая АМ	Частицы среднего размера (45-150 мкм), сферические
Струйная обработка вяжущего AM	Сверхтонкий размер частиц (<1 мкм), сферический
MIM	Средний размер (10-25 мкм), неправильная морфология
Прессование и спекание	Мелкие частицы (<10 мкм) с некоторыми более крупными размерами
Покрытие поверхности	Широкий диапазон (10-100 мкм), сферический

Спецификации и стандарты

Состав, качество и свойства порошка 316L регламентируются различными международными спецификациями и стандартами.

Стандарты ASTM

• ASTM A240 - Стандарт на листовую, листовую и полосовую хромистую и хромоникелевую нержавеющую сталь для сосудов высокого давления и общего применения. Определяет пределы состава и механические свойства для сплава 316L.
• ASTM B822 - Стандартный метод испытания распределения частиц по размерам металлических порошков и родственных соединений методом светорассеяния. Используется для определения гранулометрического состава порошка.
• ASTM F3055 - Стандартная спецификация на порошок никелевого сплава для аддитивного производства, предназначенный для использования в технологиях порошкового наплавления. Определяет жесткие требования к порошку никелевого сплава для АМ, включая 316L.
• ASTM F3049 - Руководство по определению характеристик металлических порошков, используемых в процессах аддитивного производства. Содержит рекомендации по измерению таких характеристик, как текучесть, плотность, морфология и т.д.

Другие стандарты

• ISO 9001 - Управление качеством при производстве металлических порошков
• ISO 13485 - Управление качеством металлических порошков для медицинского применения
• ASME Boiler and Pressure Vessel Code - Требования к материалам для сосудов, работающих под давлением

Надежные поставщики порошка 316L имеют системы качества, сертифицированные по стандартам ISO и ASTM. Для обеспечения соответствия стандартам поддерживается прослеживаемость партий продукции и проводятся всесторонние испытания.

Поставщики порошка 316L

К числу ведущих мировых поставщиков порошка из нержавеющей стали 316L относятся:

Компания	Методы производства	Виды порошков	Размер частиц
Sandvik	Распыление газа	Osprey® 316L	15-45 мкм
Технология LPW	Распыление газа	LPW 316L	15-63 мкм
Плотник	Распыление газа	Carpenter 316L	15-150 мкм
Höganäs	Распыление воды	316L	10-45 мкм
CNPC	Распыление газа, воды	316L	10-150 мкм
Pometon	Распыление газа, воды	316L	10-150 мкм
ATI	Распыление газа	316L	10-63 мкм

Цена на порошок 316L зависит от таких факторов, как:

• Качество порошка, его состав, размер и морфология частиц
• Метод производства
• Количество заказов и размер партии
• Уровень контроля качества и тестирования
• Требования к упаковке и доставке

Ориентировочные цены на порошок 316L, распыляемый газом, находятся в диапазоне $50-100 за кг для стандартных заказов. Нестандартные заказы с особыми требованиями могут стоить дороже.

При выборе поставщика порошка 316L следует обратить внимание на следующие ключевые моменты:

• Характеристики порошка - гранулометрический состав, морфология, текучесть и т.д. должны соответствовать потребностям применения
• Постоянное качество и состав в соответствии с техническими условиями
• Надежная цепочка поставок и логистика
• Соответствие международным стандартам и сертификации
• Техническая экспертиза и обслуживание клиентов
• Ценообразование и минимальный объем заказа

Ведущие производители порошков 316L имеют десятилетний опыт производства порошков для AM, MIM и других применений с жестким контролем качества.

Конструктивные соображения для порошка 316L

Вот некоторые ключевые аспекты проектирования, которые необходимо учитывать при использовании порошка 316L в производстве:

Геометрия деталей

• Оптимизация толщины стенок, выступов, перемычек и диаметров для процессов AM или MIM
• Учет усадки ~20% для процессов на основе связующего, таких как MIM
• Включение опор там, где это необходимо, интеграция опорных конструкций в проект

Пористость

• Контроль параметров процесса для ограничения пористости до уровня менее 1%
• Стратегическая ориентация детали во избежание попадания порошка
• Оптимизация термообработки, HIP может дополнительно снизить пористость

Отделка поверхности

• AM-процессы требуют дополнительной обработки, такой как механическая обработка, шлифовка, электрополировка для улучшения качества поверхности
• Учитывать ~0,1-0,4 мм удаления припуска при финишной обработке

Механические свойства

• Соответствие минимальным требованиям к свойствам, таким как предел прочности и текучести
• Учет анизотропии; ориентация конструкции влияет на свойства
• Отжиг в растворе, обработка старением позволяют оптимизировать свойства

Допуски на размеры

• Учет размерных изменений в процессе AM или MIM
• Допускать более широкие допуски, использовать постобработку для повышения точности
• Критические интерфейсы могут потребовать дополнительной обработки

Привлечение инженеров-производственников на ранних этапах проектирования является ключевым моментом при разработке и оптимизации деталей для процессов AM и MIM с использованием порошка 316L.

Постобработка деталей из 316L

Детали из 316L, полученные в результате AM- и MIM-процессов, часто требуют последующей обработки для достижения конечных свойств и отделки. Некоторые ключевые этапы постобработки включают:

Термообработка

• Отжиг для снятия внутренних напряжений
• Обработка раствором для растворения осадков и оптимизации коррозионной стойкости
• Старение для повышения прочности за счет закалки осадком

Горячее изостатическое прессование

• Закрывает внутренние пустоты и пористость в материале
• Повышение плотности, прочности, пластичности и усталостной долговечности

Обработка поверхности

• Обработка и шлифование для повышения точности размеров и качества поверхности
• Электрополировка для получения гладкой зеркальной поверхности
• Дробеструйная обработка обеспечивает декоративную отделку

Покрытия

• PVD- и CVD-покрытия позволяют повысить износостойкость и коррозионную стойкость
• Пассивационная обработка повышает коррозионную стойкость

Испытание качества

• Компьютерная томография позволяет выявить внутренние дефекты и пористость
• Механические испытания подтверждают соответствие свойств техническим условиям
• Неразрушающий контроль для обнаружения критических дефектов

Оптимальный путь последующей обработки зависит от особенностей AM-процесса, геометрии детали, наличия критических дефектов и требований к конечным характеристикам.

Распространенные дефекты деталей из 316L

К числу потенциальных дефектов деталей из 316L, изготовленных методами AM, MIM и другими порошковыми технологиями, относятся:

• Пористость - Захват газа приводит к образованию пустот и пористости, что снижает плотность.
• Раскрытие - Возникает из-за внутренних напряжений в процессе обработки и неправильной термообработки.
• Анизотропия - Различия в свойствах по направлениям сборки, обусловленные послойным изготовлением.
• Шероховатость поверхности - Шероховатость слоев, частично спеченные частицы, нерасплавленные участки приводят к ухудшению качества поверхности.
• Вариации размеров - Усадка, скручивание и коробление деталей приводят к отклонениям от проектных размеров.
• Композиционные изменения - Сегрегация, потери при испарении, загрязнение могут привести к локальному изменению состава.
• Отсутствие слияния - Неполное проплавление между слоями и дорожками из-за недостатка подводимой энергии.
• Balling - Образование мелких сфер в процессе АМ вместо равномерных дорожек приводит к пористости.
• Остаточные напряжения - Возникают в процессе обработки под воздействием высоких температурных градиентов и мешают работе.

Тщательный мониторинг процесса, оптимизация параметров, контроль качества и надлежащие этапы последующей обработки позволяют свести к минимуму количество дефектов в деталях из 316L.

Как выбрать поставщика порошка 316L

Ниже приводится пошаговое руководство по выбору поставщика порошка из нержавеющей стали 316L:

Шаг 1: Определение требований к приложению

• Рассмотрим, какой технологический процесс будет использоваться - AM, MIM и т.д.
• Определить необходимые критические свойства порошка, такие как размер частиц, форма, чистота и т.д.
• Рассмотрим технические характеристики детали - механические свойства, точность, качество обработки поверхности и т.д.

Шаг 2: Исследование потенциальных поставщиков

• Поиск ведущих производителей порошка 316L с большим опытом работы
• Проверить возможности - методы производства, сорта порошков, контроль качества и т.д.
• Изучение конкретных примеров и отзывов клиентов, относящихся к вашей области применения

Шаг 3: Оценка технических возможностей

• Могут ли они изготовить порошок 316L в соответствии с вашими требованиями?
• Есть ли у них опыт в области AM, MIM или других порошковых технологий?
• Каков уровень вертикальной интеграции и контроля качества?

Шаг 4: Оценка сервисных предложений

• Техническая поддержка при выборе порошка, разработке приложений
• Услуги по тестированию образцов, испытаниям
• Реакция на запросы, гибкость в отношении сроков выполнения работ

Шаг 5: Проверка сертификатов и соответствия требованиям

• Международные сертификаты качества - ISO 9001, ISO 13485 и др.
• Соответствие стандартам на состав порошка, таким как ASTM
• Прослеживаемость партий, всестороннее тестирование и документирование

Шаг 6: Сравнение цен

• Цена за кг для требуемого размера частиц, уровня качества, количества
• Требования к минимальному количеству заказа и размеру партии
• Транспортно-логистические расходы

Шаг 7: Проверка доступности и надежности

• Стабильность поставок на склад и способность удовлетворять колебания спроса
• Отслеживание и мониторинг заказов, прозрачные сроки выполнения
• Доказанный опыт своевременных поставок

Выбор поставщика, обладающего опытом применения, стабильным качеством продукции и оперативным обслуживанием, обеспечивает бесперебойную работу по закупкам.

Как оптимизировать порошок 316L для AM

Соответствие размера частиц процессу АМ

• Использование частиц размером 10-45 мкм для порошкового наплавления, например, DMLS, SLM
• Оптимизация распределения по размерам - слишком широкое распределение может привести к проблемам с упаковкой
• Более мелкие частицы размером 1-10 мкм лучше подходят для струйного нанесения связующего

Достижение высокой сферичности и текучести

• Текучесть напрямую влияет на распределение порошка и равномерность слоя
• Газовое распыление позволяет получать сферические, свободно сыплющиеся порошки
• Испытание текучести порошка в соответствии со стандартом ASTM B213

Минимизация количества спутниковых частиц

• Просеивание, классификация для удаления спутников и мелких частиц
• Спутники могут стать причиной агломерации и дефектов

Допуск на состав средств управления

• Жесткий контроль элементного состава в пределах диапазона, установленного ASTM
• Ограничение примесей, таких как O, N, C, влияющих на свойства

Снижение пористости

• Оптимизация параметров процесса и схем сканирования
• Использование горячего изостатического прессования для минимизации пористости
• Поддерживать плотность >99% для обеспечения высокой производительности

Минимизация остаточных напряжений

• Оптимизация тепловых градиентов в процессе сборки
• Использование соответствующей термической обработки для снятия напряжений

Достижение заданных механических свойств

• Растворный отжиг и старение повышают прочность
• Поддерживать однородные свойства во всех направлениях сборки

Тщательная характеризация порошка, оптимизация параметров и последующая обработка являются ключевыми факторами для получения бездефектных деталей из 316L методом AM.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Вопрос: Для чего обычно используется порошок из нержавеющей стали 316L?

О: Порошок 316L наиболее широко используется для аддитивного производства, литья металлов под давлением, прессования и спекания благодаря своей отличной коррозионной стойкости в сочетании с хорошими механическими свойствами и биосовместимостью. К числу распространенных областей применения относятся имплантаты, аэрокосмические компоненты, автомобильные детали, биомедицинские устройства и оснастка.

Вопрос: Какой размер частиц рекомендуется для лазерных процессов AM?

Ответ: Обычно для процессов лазерного наплавления в порошковом слое, таких как DMLS и SLM, рекомендуется диапазон размеров частиц 10-45 мкм. Более мелкие частицы размером менее 10 мкм могут вызвать проблемы с текучестью и растеканием. Распределение частиц по размерам также должно хорошо контролироваться.

Вопрос: Как морфология порошка влияет на его свойства?

О: Для AM-технологий желательно использовать порошок с высокой сферичностью и свободной текучестью. Порошок неправильной формы с шипами подходит для методов прессования и спекания. Спутниковые частицы и мелкие частицы негативно влияют на текучесть порошка и могут приводить к образованию дефектов. Контроль морфологии порошка является ключевым фактором для достижения оптимальных характеристик.

Вопрос: Каковы основные различия между порошком 316L, распыляемым газом, и порошком 316L, распыляемым водой?

О: Порошок 316L, распыляемый газом, имеет более сферическую морфологию и лучшую текучесть. Порошок, распыляемый водой, имеет более неправильную форму, но обеспечивает более высокую сжимаемость, необходимую для прессования и спекания. Порошок, распыляемый газом, имеет более низкое содержание кислорода.

Вопрос: Какие методы постобработки используются при изготовлении деталей из 316L AM?

О: Обычная последующая обработка включает термообработку, горячее изостатическое прессование, обработку поверхности шлифованием/обработкой, нанесение покрытий и контроль качества. Это позволяет достичь заданных свойств, точности размеров, эстетики и выявить дефекты.

Вопрос: Каковы некоторые распространенные дефекты порошка 316L и как их можно избежать?

О: Возможными дефектами являются пористость, растрескивание, плохое качество поверхности, отсутствие сплавления и остаточные напряжения. Тщательная оптимизация параметров процесса, контроль качества порошка, ориентация сборки и последующая обработка позволяют минимизировать эти дефекты в деталях из 316L.

Вопрос: Какие стандарты применяются к порошку 316L для АМ и других применений?

О: Ключевыми стандартами являются ASTM F3055 для порошков для АМ, ASTM B822 для определения характеристик порошка, ASTM A240 для определения состава сплава, а также стандарты ISO для управления качеством. Ведущие поставщики порошка 316L сертифицированы по этим стандартам.

Вопрос: Какие факторы определяют цену на порошок 316L?

A: Основными факторами, влияющими на цену порошка 316L, являются уровень качества, размер и распределение частиц, способ производства, объем заказа, требования покупателя к испытаниям/контролю качества, упаковке и доставке. Более жесткие требования повышают цену.

Вопрос: Как можно оптимизировать коррозионную стойкость деталей из 316L AM?

О: Решения включают контроль содержания примесей за счет жестких допусков на химический состав, использование горячего изостатического прессования для повышения плотности и уменьшения пористости, пассивирующие обработки и отжиг растворов для повышения коррозионной стойкости.

узнать больше о процессах 3D-печати