Overzicht van 316l roestvrij staal poeder
316L roestvrij staal poeder is een austenitische staallegering die veel gebruikt wordt in additive manufacturing of 3D-printtoepassingen in de luchtvaart, medische hulpmiddelen, chemische verwerking en gereedschapsindustrie. Met een hogere zuiverheid en een lager koolstofgehalte dan conventioneel 316 poeder, maakt 316L poeder de fabricage mogelijk van corrosiebestendige componenten die voldoen aan de biocompatibiliteitsnormen.
Dit artikel behandelt 316L poedersamenstellingen op maat voor de belangrijkste AM processen, belangrijke kenmerken zoals deeltjesgrootteverdeling, stroomsnelheden en satelliet deeltjespercentage die invloed hebben op de verwerkbaarheid bij het drukken, en voorbeelden van kritische toepassingen in ruwe omgevingen.
Samenstelling van 316l roestvrij staalpoeder
De elementaire samenstelling van 316L roestvast staal poeder is hieronder samengevat:
| Element | Gewicht % Samenstelling | Rol |
|---|---|---|
| Ijzer | Balans, 65-70% | Principale matrixcomponent |
| Chroom | 16-18% | Verbetert de weerstand tegen corrosie en oxidatie |
| Nikkel | 10-14% | Stabiliseert austenitische structuur |
| Molybdeen | 2-3% | Verbetert verder de weerstand tegen put- en spleetcorrosie |
| Mangaan | <2% | Bevordert goede lasbaarheid |
| Koolstof | Maximaal 0,03% | Minder koolstof vermindert carbideprecipitatie - verbetert de corrosiebestendigheid en biocompatibiliteit |
| Silicium | 0,75% max | Deoxidatiemiddel voorkomt overmatige oxidevorming |
| Fosfor | 0,025% max | Gereguleerde onzuiverheid voor maximale vervormbaarheid |
| Zwavel | Maximaal 0,01% | Onzuiverheid gereguleerd om barsten te voorkomen |
| Stikstof | Maximaal 0,1% | Stabiliseert de microstructuur |
| Koper | Maximaal 0,5% | Hoeveelheid onzuiverheid gecontroleerd tijdens smelten |
De 'L' geeft een laag of minder dan 0,03% koolstofgehalte aan. Dit geeft een licht verminderde vloei- en treksterkte in vergelijking met standaard 316 poeder, maar verbetert de las-, corrosie- en biocompatibiliteitsprestaties die cruciaal zijn voor medische apparatuur of marinetoepassingen.
Productie methodes van 316l roestvrij staalpoeder
316L roestvrij staalpoeder wordt commercieel vervaardigd via de volgende primaire methoden:
- Gasverstuiving: Inerte gasstralen onder hoge druk breken een dunne metaalstroom in fijne druppeltjes na stolling als poeder. Voor de ruimtevaartmarkt.
- Waterverneveling: De meest economische techniek waarbij water gesmolten metaal breekt, waardoor onregelmatige poedervormen ontstaan die acceptabel zijn voor sommige industriële toepassingen.
- Plasma-roterend elektrodeproces (PREP): Elektrode gesmolten door plasmaboog valt uiteen door middelpuntvliedende kracht, werpt poeder naar de reactorwanden bij afkoeling. Geeft zeer bolvormige vormen.
- Waterstof Atomisatie: Speciale techniek die waterstofgas gebruikt voor beter vloeiende poeders op maat voor additieve productie. Minimaliseert satellietdeeltjes.
Gas-, water- en plasmavariaties maken gebruik van snelle stolsnelheden om fijne metaalpoeders te genereren uit de gesmolten grondstof. Elke techniek zorgt voor subtiel verschillende deeltjeskenmerken die in de volgende sectie worden beschreven.
316l roestvrij staal poeder Kenmerken
Kritische eigenschappen van 316L roestvast staal poeder worden hieronder uitgelicht:
| Parameter | Details | Meetmethode |
|---|---|---|
| Deeltjesvorm | Bolvormig, satelliet toegestaan volgens ASTM B214 | SEM-beeldvorming, microscopie |
| Deeltjesgrootteverdeling | D10: 25-45 μm, D50: 30-75 μm, D90: 55-100 μm | Deeltjesgrootteanalysator met laserdiffractie |
| Schijnbare dichtheid | Typisch 40-50% dicht als poedermassa op volumebasis | Hall flowmeter trechter of pyknometrie |
| Tik op dichtheid | Typisch 60-65% dicht met mechanische agitatie | Bepaald volgens ASTM B527 |
| Stroomsnelheid | 30-35 s/50g, goede doorstroming is <40 s | Hall-debietmetertest |
| Verlies bij gloeien (LOI) | <0,5 wt.% | Verhit tot 1022°F en massaverlies gemeten |
| Restgassen | 400-800 ppm zuurstof, <150 ppm stikstof | Fusie met inert gas gevolgd door detectie van thermische geleidbaarheid |
| Satelliet fractie | <20% ideaal | Beeldanalyse van SEM-microfoto's |
Belangrijke kenmerken zoals een consistente verdeling van de deeltjesgrootte, een hoge poederstroom, minimale satellieten en lage zuurstof- en stikstofniveaus garanderen een optimale verwerkbaarheid bij het printen. Op maat gemaakte poederbatches worden ontwikkeld om te voldoen aan de toepassingsbehoeften op gebieden zoals biomedische apparatuur, hardware voor de scheepvaart of apparatuur voor chemische verwerking die corrosiebestendigheid vereisen.
316l roestvrij staal poeder Mechanische eigenschappen
Gedrukt roestvast staal 316L heeft de volgende mechanische eigenschappen:
| Parameter | Als-bedrukt 316L | 316L gegloeid |
|---|---|---|
| Treksterkte | 500-650 MPa | 450-550 MPa |
| Opbrengststerkte | 400-500 MPa | 240-300 MPa |
| Rek bij breuk | 35-50% | 40-60% |
| Hardheid | 80-90 HRB | 75-85 HRB |
| Oppervlakteruwheid | Tot 20 μm Ra door laagruggen | Gereduceerd tot 0,4 μm Ra of beter via oppervlakteafwerkingstechnieken |
Het ontharden van geprinte onderdelen of componenten bij 1900°F gedurende minstens 1 uur dient om interne spanningen te verlichten van het laag-voor-laag bouwproces. Dit brengt de ductiliteit terug op het niveau van conventioneel vervaardigd 316L, terwijl de sterkte iets afneemt.
316l roestvrij staal poeder Toepassingen
Gezien de op maat gemaakte corrosiebestendigheid is 316L poeder ideaal voor additieve productie van onderdelen:
- Hardware: Waaiers, kleppen, fittingen en andere oceaanonderdelen die onderhevig zijn aan zout water.
- Chemische verwerking: Pomphuizen, kleppen, reactoren en pijpleidingen waarvoor chemische compatibiliteit vereist is.
- Biomedisch: Chirurgisch gereedschap, orthopedische implantaten die voldoen aan de biocompatibiliteitsspecificaties van de FDA zoals voorgeschreven door ISO 10993 en/of ASTM F138.
- Voedselverwerking: Bestek, slijtdelen voor vleesverwerking die geen kruisbesmetting mogelijk maken.
Door deze diverse toepassingen, van offshore boorapparatuur tot pacemakerbehuizingen tot onderdelen voor voedselbereiding, is 316L een veelzijdige en alomtegenwoordige legering voor ontwerpers om bij de hand te houden.
Kostenanalyse
| Onkosten | Totaal | Per eenheid |
|---|---|---|
| 316L poeder | $106/kg | $35 |
| Printerkosten | $100/kg opbouwsnelheid | $33 |
| Werk | $50 | $17 |
| Totaal | $256 | $85 |
Hier gaat de analyse uit van een relatief kleine ~3 kg totale onderdeelmassa, dus poeder is ongeveer 40% van de totale kosten. Maar voor grotere onderdelen, domineert de bouwtijd de kosten meer dan het materiaal zelf. Ter vergelijking, het machinaal bewerken van dezelfde geometrie uit gegloeid 316L staafmateriaal zou $45-$75 per kg kosten - maar AM maakt consolidatie van poorten, bevestigingsmiddelen en gewichtsvermindering mogelijk die de hogere printkosten compenseren door productiebesparingen verderop in de productielijn.
316l roestvrij staal poeder Leveranciers
Verschillende molens en distributeurs bieden 316L roestvast staal poeder aan dat het hele gamma aan afmetingen en kenmerken dekt. Enkele toonaangevende wereldwijde leveranciers zijn:
| Bedrijf | Productie methode | Deeltjesgrootte Beschikbaarheid | Extra materialen |
|---|---|---|---|
| Sandvik Visarend | Gas verneveld | 15-150 µm | 17-4PH, 15-5PH, 304L, maragingstaal |
| Timmerman additief | PREP + verneveld gas | 15-63 μm | 17-4PH, aangepaste legeringen |
| Praxair | Water verneveld | Tot 240 μm | Ti-6-4, Inconel 718, roestvrije kwaliteiten |
| LPW-technologie | Water verneveld | 45-150 µm | 316L meesterlegeringen beschikbaar |
| Hoganas | Gas verneveld | 22-100 μm | Aangepaste optimalisatieservice voor deeltjes |
316l roestvrij staal poeder Normen
ASTM en andere wereldwijd geharmoniseerde standaarden voor 316L poederproductie en kwaliteitsborging testen:
| Standaard | Beschrijving |
|---|---|
| ASTM A240 | Chemische samenstellingslimieten voor Cr, Ni, Mo, C, N en andere kleine legeringsgroepen |
| ASTM B214 | Omvat aanvaardbare 316L poeder deeltjes kenmerken zoals satellieten, hal stroomsnelheid, en mesh testprocedures |
| ASTM E562 | Testmethodologie om chemische samenstelling te bepalen via natte analysetechnieken zoals ICP-OES |
| ISO 9001 | Kwaliteitsbeheersysteem voor naleving door leveranciers als basis voor klantspecificaties |
| ASTM F3049 | Gids voor het karakteriseren en optimaliseren van AM metaalpoeders zoals 316L |
| ASTM F3056 | Specificatie voor het controleren van 316L poeder kwaliteit als grondstof voor AM kwalificatie bouwt |
Het certificeren van 316L poeder tegen deze specificaties zorgt ervoor dat het voldoet aan de beoogde dichtheid, chemie, deeltjesvorm normen voor betrouwbare verwerkbaarheid bij het drukken, ongeacht de productiemethode.
316L poeder vs gegoten en smeed legeringen
| Parameter | Poeder metallurgie 316L | Gegoten 316L | Smeedijzer 316L |
|---|---|---|---|
| Kosten | $$$$ | $-$$ | $-$$$ |
| Doorlooptijd | Dagen tot 2 weken meestal | 4-8 weken | 8-12 weken |
| Chemische controle | Zeer consistent binnen 0,25% | Varieert tot 1% | Gemiddeld 0,5% afwijkingen |
| Porositeit | Volledig dichte afdrukken | 5-10% porositeitsniveaus | In wezen niet-poreus |
| Onzuiverheden | Alleen sporen | Matige insluitsels | Lage insluitsels |
| Korrelstructuur | Afhankelijk van afdrukparameters | Grove gegoten korrel | Fijnere structuur |
| Leveringsbeperkingen | Voor kleine batchhoeveelheden kan een MOQ vereist zijn | Beschikbaar | Mogelijke molenminima |
Dus terwijl additieve productie met behulp van 316L poeder veel meer kost per geprinte kg dan het kopen van stafmateriaal, compenseert de ontwerpvrijheid, aanpasbaarheid en betrouwbare chemie die premie in industrieën die de nadruk leggen op prestaties boven de prijs van het materiaal.
316L poeder behandeling overwegingen
Om degradatie van poedereigenschappen tijdens opslag en hergebruik te voorkomen, zijn onder andere de volgende voorzorgsmaatregelen nodig:
- Bewaar afgesloten poedercontainers onder inert gas zoals argon
- Beperk de blootstelling tijdens het zeven/behandelen van poeder om te voorkomen dat er zuurstof/vocht wordt opgenomen.
- Bak poeders om de 3-6 maanden gedurende 6 uur op 100°C om geabsorbeerde gassen te verdrijven.
- Controleer periodiek het zuurstof- en stikstofgehalte van het poeder
- Goed zeven om eventuele agglomeraten te breken voor het afdrukken
- Volg de richtlijnen van de fabrikant over hergebruik van poeder, mengverhoudingen en levensduur
Adhering to these handling instructions maintains powder flowability and prevents pore formation during printing over dozens of build cycles using the same 316L batches.
Veelgestelde vragen
| Vraag | Antwoord |
|---|---|
| Is 316L poeder recyclebaar na het printen of breekt het af na eenmalig gebruik? | Ja, 316L poeder kan meestal worden hergebruikt 5-10 keer voordat ververst met nieuwe partijen indien goed opgeslagen. Zeven uit nieuwe deeltjesvorming en controle zuurstofgehalte is de sleutel. |
| Moet 316L poeder heet isostatisch geperst worden na 3D printen om de dichtheid te verbeteren? | Terwijl HIP verder kan verdichten gedrukte 316L componenten, het bereiken van 99% + dichtheden is haalbaar, zelfs zonder HIP afhankelijk van geoptimaliseerde print parameters. HIP dient meer om de vermoeiingsprestaties te verbeteren. |
| Kan 316L onderdelen gemaakt met behulp van AM poeder corrosieweerstand gelijk aan traditioneel gesmeed 316L roestvrij staal? | Ja - bedrukt 316L evenaart en overtreft zelfs de corrosieweerstand van gegoten of gesmeedde vormen in veel chemische omgevingen vanwege lagere defecten en onzuiverheden. |
| Welke invloed heeft het hoge nikkelgehalte van 316L poeder op de recyclebaarheid? | Hoewel ze de kosten opdrijven, beschermen hoge Ni en Cr tegen poederdegradatie op voorwaarde dat de zuurstofniveaus tijdens de opslag actief worden gecontroleerd. Deze legeringselementen verbeteren de levensvatbaarheid van hergebruik aanzienlijk. |
Samenvatting
Met een fijn gecontroleerde koolstofarme chemie gericht op biocompatibiliteit en lasbaarheid, 316L roestvrij staal poeder Het behoud van minder dan 0,03% koolstof en stikstofniveaus zorgt ervoor dat de austenitische microstructuur bestand is tegen put- en spleetcorrosie in zuren, chloriden, alcoholen en tal van chemische oplossingen. De combinatie van herbruikbare poeders die de ASTM specificaties voor deeltjesgrootteverdeling, satellieten en hall flow rate overschrijden met geoptimaliseerde 3D printers produceert dichte geprinte 316L onderdelen die de corrosieprestaties van traditioneel geproduceerde varianten evenaren en zelfs overtreffen. Naarmate de printerhardware, software en parameter ontwikkeling zich verder ontwikkelt, zal 316L roestvrij staal AM poeder een belangrijke rol gaan spelen in nieuwe markten zoals oliebronnen, chemische reactoren en chirurgisch gereedschap waar een hoge hardheid, sterkte en alkalibestendigheid van cruciaal belang zijn.
