Механические свойства нержавеющей стали MIM 316L по сравнению с другими процессами формовки

4 июля 2023 г.

Поделитесь в своей сети:

Нержавеющая сталь 316L является одним из наиболее часто используемых сплавов при литье металлов под давлением благодаря своей превосходной коррозионной стойкости, свариваемости и хорошим механическим свойствам. Типичные области применения включают потребительские товары, такие как корпуса часов, детали оправ очков, автомобильные компоненты, электроника, стоматологические и медицинские устройства. Говорят, что нержавеющая сталь MIM 316L внесла значительный вклад в рост мировой индустрии MIM, среднегодовые темпы роста которой за последнее десятилетие составили около 14%.

Однако, хотя технология MIM имеет преимущества с точки зрения достижения сложности формы с минимальными отходами материала при обработке по сравнению с другими процессами формования, такими как механическая обработка, литье по выплавляемым моделям и литье под давлением, механические свойства нержавеющей стали MIM 316L во многом зависят от оптимизации МИМ-процесс. В частности, механические свойства нержавеющей стали MIM 316L сильно зависят от конечной плотности и размера зерна, достигнутых в спеченных деталях, и любые дефекты, возникающие в процессе MIM, могут отрицательно повлиять на конечные свойства.

Исследования в Национальном университете Чунгбук в Чхонджу и отделе исследований и разработок в области промышленной обработки материалов Корейского института промышленных технологий (KITECH) в Инчхоне, Республика Корея, были проведены для достижения лучшего понимания механических свойств, включая усталостную прочность. , из нержавеющей стали MIM 316L. Цель исследования заключалась в том, чтобы позволить использовать нержавеющие стали MIM 316L в тех отраслях, где требуются компоненты более высокой прочности, например, в сельскохозяйственной технике. Результаты этого исследования были опубликованы в «Материалах» от 7 марта 2023 г., том 16, 2144, 12 стр., с авторами И.С. Хвангом, Т.Я. Со, Д.Х. Ли и К.С. Шин.

Авторы заявили, что пятнадцать тестовых стержней были отлиты под давлением из сырья из нержавеющей стали 316L на основе порошков, распыленных водой, при этом тестовые стержни были раскреплены при 900°C в течение 1 часа в водороде с последующим спеканием при 1320°C в течение 2 часов под вакуумом. Затем механические свойства спеченных испытательных прутков MIM 316L сравнивались с холоднокатаными деталями из 316L, а также с некоторыми деталями из 316L, изготовленными методом горячей прокатки или методом аддитивного производства PBF-LB. Авторы проанализировали микроструктуру спеченных образцов 316L с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) и размер зерна, используя метод пересечения и расчеты EBSD. На рис. 1 (а) показаны образцы из стали 316L, изготовленные методом МИМ.

Средняя плотность, полученная при спекании образцов MIM 316L, измеренная по принципу Архимеда, составила 7,56 г/см3, или 94,62% ​​от теоретической. Авторы предположили, что на плотность, достигаемую в процессе MIM, сильно влияют условия состава связующего в сырье 316L, а также процессы удаления связующих и спекания, и что более низкая плотность спекания по сравнению с процессом холодной прокатки может привести к тому, что детали из MIM 316L уступает по механическим свойствам. На рис. 1(б) показан электронный плотномер (МД-200с), используемый для измерения плотности.

Испытание на растяжение (UTS) спеченных образцов MIM 316L проводили до разрушения с постоянной скоростью 5 мм/мин по три образца каждый. Испытания на усталость проводились при коэффициенте напряжений 0,1 и при полностью обращенных циклических напряжениях с использованием сервогидравлической системы испытаний на усталость, показанной на рис. 1 (c). Максимальные напряжения усталостных испытаний были установлены на основании UTS, полученного при испытании на растяжение. Эти напряжения были установлены на уровне 80% (432 МПа) и с шагом до 55% (297 МПа). Предел выносливости определялся как значение напряжения, приложенного, когда количество циклов нагружения в этом исследовании превышало 106.

Среднее значение UTS, полученное для трех испытанных образцов MIM 316L, составило 539 МПа (рис. 2). Это ниже, чем предел прочности холоднокатаных образцов 316Л, составлявший от 620 до 795 МПа, а также ниже, чем у горячекатаных образцов (580 МПа). Авторы определили два механизма как основные причины снижения механических свойств MIM 316L. Наличие пор в спеченных образцах вызвано: (1) уменьшением площади приложения напряжения и (2) полигональными порами, вызывающими эффект надреза, что потенциально может привести к преждевременному разрушению материала.