Pulver aus nichtrostenden Stählen

stainless steels powders sind feine Metallpartikel, die aus verschiedenen Edelstahlsorten hergestellt werden. Sie zeichnen sich durch hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Vielseitigkeit aus und sind daher für viele Anwendungen geeignet. Dieser Artikel gibt einen Überblick über Pulver aus nichtrostendem Stahl, ihre Zusammensetzung, Eigenschaften, Herstellungsverfahren, Sorten, Größen, Anwendungen, Lieferanten, Normen und mehr.

Übersicht Pulver aus nichtrostenden Stählen

Edelstahlpulver sind Metallpulver, die aus Legierungen von Eisen, Chrom, Nickel, Molybdän, Kupfer, Titan, Aluminium und anderen Elementen hergestellt werden. Der Chromgehalt liegt in der Regel zwischen 10-30%, was dem Stahl seine korrosionsbeständigen Eigenschaften verleiht.

Sie werden durch Verfahren wie Gaszerstäubung, Wasserzerstäubung und elektrolytische Abscheidung hergestellt, um feine kugelförmige Pulverpartikel mit einer Größe von normalerweise 5 bis 150 Mikrometern zu erhalten. Die Form, Größenverteilung, Dichte und Zusammensetzung des Pulvers kann gesteuert werden, um die Eigenschaften für verschiedene Anwendungen anzupassen.

Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften wie hohe Festigkeit, gute Duktilität, Korrosions-/Oxidationsbeständigkeit, Langlebigkeit und Sortenvielfalt eignen sich diese Pulver für Anwendungen wie 3D-Druck, Spritzgießen, Pressen und Sintern, Löten, Oberflächenbehandlung, Schweißen und thermisches Spritzen.

Vorteile der Verwendung von Edelstahlpulvern sind:

• Hohe Festigkeit und Härte
• Gute Duktilität und Zähigkeit
• Ausgezeichnete Korrosions- und Verschleißfestigkeit
• Hohe Temperaturbeständigkeit
• Nicht-magnetische Fähigkeiten
• Kontrollierte Pulvergröße und Morphologie
• Flexibilität von Legierungen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen
• Kosten-Wirksamkeit
• Eignung für die additive Fertigung

Beschränkungen umfassen:

• Höhere Kosten als Kohlenstoffstahlpulver
• Geringere thermische/elektrische Leitfähigkeit
• Schwieriger zu bearbeiten als geschmiedete Formen
• Anfälligkeit für Lochfraß und Spaltkorrosion
• Verarbeitungsprobleme bei bestimmten Sorten

Zusammensetzung von Pulver aus rostfreien Stählen

Rostfreier Stahl ist definiert als eine Stahllegierung mit einem Mindestchromgehalt von 10,5%. Dieser Chromzusatz verleiht dem rostfreien Stahl seine bemerkenswerte Korrosionsbeständigkeit, Härte und Festigkeit.

Die Basis ist Eisen, das durch unterschiedliche Mengen an Elementen wie Nickel, Molybdän, Mangan, Titan, Kupfer, Niob, Aluminium, Silizium, Stickstoff, Schwefel, Phosphor und Kohlenstoff ergänzt wird. Das Vorhandensein und der prozentuale Anteil dieser Legierungselemente bestimmt die Güteklasse und unterscheidet die Eigenschaften der verschiedenen Arten von rostfreiem Stahlpulver.

Typische Zusammensetzungsbereiche:

Vergleich zwischen den Sorten 316L und 17-4PH:

Auswirkungen von Schlüsselelementen:

• Chrom - Kernlegierungselement, das Korrosionsbeständigkeit und Härte ermöglicht
• Nickel - Verbessert die Zähigkeit, Duktilität und Hochtemperaturfestigkeit
• Molybdän - Erhöht die Korrosionsbeständigkeit insbesondere gegenüber Chloriden/Säuren
• Kupfer - Verbessert die Korrosionsleistung in sauren Umgebungen weiter
• Niob/Titan - Werden als Stabilisatoren verwendet, um die Verringerung der Eigenschaften von intermetallischen Verbindungen aufzuheben
• Stickstoff - Mischkristallverfestiger, der auch die Streckgrenze erhöht
• Mangan - Desoxidationsmittel zur Verbesserung der Schwefelbeständigkeit bei der Verarbeitung
• Kohlenstoff/Schwefel/Phosphor - Kontrolle der Verunreinigungen auf niedrigem Niveau (oft <0,03%)

Eigenschaften Pulver aus nichtrostenden Stählen

Pulver aus nichtrostendem Stahl weisen eine attraktive Kombination von Eigenschaften auf, die die Lücke zwischen den Standard-Kohlenstoffstählen und den exotischeren Legierungen schließen. Die Legierungselemente Chrom und Nickel sorgen in erster Linie für eine hohe Korrosionsbeständigkeit, verbessern aber auch das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht.

Mechanische Eigenschaften

• Gut Stärke (Streckgrenze zwischen 100 und 350 MPa)
• Ausgezeichnet Härte (Brinell 160-240)
• Mäßig Duktilität (10-50% Dehnung)
• Hoch Risszähigkeit (20-200 MPa-m^1/2^)
• Gut Schlagfestigkeit
• Nicht-magnetische Sorten verfügbar

Korrosionseigenschaften

• Beständigkeit gegen Lochfraß - Kann lokalisierten Angriffen in aggressiven Medien widerstehen
• Spaltfestigkeit - Widerstandsfähige versus stagnierende Mikro-Umgebungen
• Spannungsrissbeständigkeit - Dauerhaft gegen schädliche Zugspannungen
• Verschleiß- und Erosionsfestigkeit - Geeignet für Anwendungen mit hohem Verschleiß
• Oxidationsbeständigkeit - Kann unter oxidierenden Bedingungen bis zu 900°C arbeiten

Andere Eigenschaften

• Dichte - Etwa 8 g/cm3
• Wärmeleitfähigkeit - 12-30 W/m-K
• Elektrischer Widerstand - 0,75 μΩ-m
• Curie-Temperatur - Bereich von -150°C bis 315°C
• Schmelzpunkt - 1300-1500°C

Pulver aus rostfreien Stählen Herstellungsprozess

Pulver aus rostfreiem Stahl können mit verschiedenen Verfahren hergestellt werden, je nach den erforderlichen Eigenschaften wie Korngrößenbereich, Form, Mikrostruktur, Kosten und Legierungsgenauigkeit. Die gebräuchlichsten Verfahren sind Gasverdüsung, Wasserverdüsung und elektrolytische Pulverherstellung.

Gaszerstäubung

Geschmolzener rostfreier Stahl wird durch Hochgeschwindigkeits-Inertgasstrahlen (Argon oder Stickstoff) in feine Tröpfchen zerlegt. Die Tröpfchen erstarren schnell zu kugelförmigen Pulvern mit genau kontrollierter Partikelgrößenverteilung. Zu den Vorteilen gehören die gute Fließfähigkeit des Pulvers und die komprimierte Dichte. Nachteilig sind die Satellitenbildung und der höhere Gasverbrauch.

Wasserzerstäubung

Ähnlich wie bei der Gaszerstäubung, jedoch wird stattdessen Wasser zum Abschrecken des geschmolzenen Metallstroms verwendet. Die schnelle Erstarrung führt zu unregelmäßig geformten Pulvern mit einem breiten Partikelgrößenbereich und poröser Innenstruktur. Geringe Kosten, aber begrenzte Legierungsmöglichkeiten und geringere Pulverdichten als bei der Gasverdüsung.

Elektrolytische Pulverproduktion

Gleichmäßige und poröse kugelförmige Pulver werden durch Elektrogewinnen aus wässrigen Elektrolyten, die Edelstahlionen enthalten, auf einer Kathode abgeschieden. Strenge Kontrolle über Form und Größenverteilung, jedoch beschränkt auf einfache Legierungen wie 316L.

Andere Methoden - Rotationselektrodenverfahren, Rotationszerstäubung, Plasma-Rotationselektrodenverfahren, thermische Plasmasynthese

Zusätzlich zur primären Herstellung können die Pulver einer sekundären Behandlung wie Glühen, Zerkleinern, Klassieren, Mischen, Sieben und Beschichten unterzogen werden, um die gewünschten Spezifikationen zu erreichen.

Pulver aus rostfreien Stählen Qualitäten und Größen

Pulver aus rostfreiem Stahl sind in einer Vielzahl von genormten Legierungen/Güteklassen erhältlich, die für unterschiedliche Anwendungen und Bedingungen geeignet sind. Die Sorte bezeichnet die spezifische Zusammensetzung, die zu bestimmten physikalischen, mechanischen, korrosiven und verarbeitungstechnischen Eigenschaften führt.

Gemeinsame Noten umfassen:

• 304 - Austenitischer Edelstahl für allgemeine Zwecke mit 18-20% Cr und 8-10,5% Ni
• 316/316L - Austenitischer Edelstahl mit 16-18% Cr, 10-14% Ni und 2-3% Mo für hervorragende Korrosionsbeständigkeit
• 410 - Martensitische Sorte mit 11,5-13,5% Cr mit hoher Festigkeit und Härte
• 420 - Ähnlich wie die Sorte 410, jedoch mit erhöhtem Kohlenstoffgehalt für eine bessere Verschleißfestigkeit
• 17-4PH - Ausscheidungshärtender martensitischer Edelstahl mit guter Korrosionsbeständigkeit nach Alterung
• 15-5PH - Ausscheidungshärtende Sorte mit hoher Festigkeit
• Kundenspezifische Legierungen - Spezielle Sorten für Nischenanwendungen

Die Pulver decken ein breites Größenspektrum (Partikeldurchmesser) ab, das im Allgemeinen im Bereich von 5 μm bis 150 μm liegt:

• Ultrafine = weniger als 15 μm
• Fein = 15 μm bis 45 μm
• Mittel = 45 μm bis 105 μm
• Grob = 105 μm bis 150 μm

Durchschnittliche Größe, Verteilung, Sphärizität, Klopfdichte, Pyknometerdichte, Durchflussrate und chemische Tests werden in der Regel vom Hersteller je nach Anwendungsbedarf bereitgestellt.

Beispiel für die Größenverteilung - gaszerstäubtes 316L-Edelstahlpulver

Pulver aus rostfreien Stählen Anwendungen

Die wichtigsten Anwendungen von Edelstahlpulvern nutzen Eigenschaften wie Hochtemperaturleistung, Härte, Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Herstellbarkeit und die Bandbreite der verfügbaren Legierungen.

Additive Fertigung

• Binder-Jet-Druck
• Gezielte Energiedeposition
• Laser-Pulverbettschweißen
• Elektronenstrahlschmelzen

Wird in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Medizin, Energie und Automobilbau zum Drucken komplexer, leichter oder kundenspezifischer Edelstahlteile verwendet.

Metall-Spritzgießen (MIM)

Das Sintern von feinen Pulvern ermöglicht die Großserienproduktion von kleinen, komplizierten Formen mit engen Toleranzen wie chirurgische Werkzeuge, Zahnräder, Düsen und Verteiler.

Press- und Sinterkomponenten

Verdichten und Erhitzen von Pulvern zur Herstellung von Teilen mit hoher Dichte, wie z. B. Buchsen, Dichtungen, Kugellager und Strukturkomponenten, die eine kontrollierte Porosität erfordern.

Anwendungen für Fugen und Beläge

Edelstahlpulver sind ein gängiges Rohmaterial für Verfahren wie Kalt-/Thermospritzen, Laserplattieren und Hartlöten, die für verschleißfeste Beschichtungen und Korrosionsschutz verwendet werden.

Andere Nischenanwendungen

Feinguss, Schleuderguss, Herstellung von Reibmaterialien, Funkenplasmasintern, Pulverschmieden, Oberflächenstrukturierung, pyrotechnische Zusammensetzungen usw.

Pulver aus rostfreiem Stahl weltweit und Preisgestaltung

Edelstahlpulver wird von einer Reihe führender Hersteller von Spezialmetallen auf der ganzen Welt kommerziell produziert. Die Preise variieren je nach Sorte, Größenverteilung, Menge und geografischer Region. Einige der führenden Hersteller sind:

Geschätzter Preis:

Die Preise variieren je nach:

• Reinheit / Spurenelemente
• Partikelgrößenbereich
• Konsistenz / Sphärizität
• Kaufvolumen
• Grad der Nachbearbeitung
• Standort

Leistungsstärkere Legierungen mit kontrollierten Eigenschaften und kleineren Chargen erfordern einen höheren Preis. Große OEM-Verträge profitieren von Skaleneffekten.

Pulver aus rostfreien Stählen Spezifikationen und Normen

Pulver aus rostfreiem Stahl müssen strenge Industrienormen erfüllen, die kritische chemische, physikalische und mechanische Parameter abdecken, um die Eignung für verschiedene anspruchsvolle Anwendungen zu gewährleisten.

Diese Spezifikationen helfen bei der Festlegung der richtigen Vorgehensweise:

• Nominale Zusammensetzung - Analyse und % der Legierungselemente wie Fe, Cr, Ni, Mo usw., aus denen die Sorte besteht
• Grenzwerte für Verunreinigungen - Höchstzulässige Spurenelemente wie C, P, S, Si usw.
• Partikelgrößenverteilung - Fraktionen im Mikronbereich aus der Siebung
• Partikelform - Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen (SEM)
• Dichte des Gewindebohrers - Bewertet mittels Hall-Durchflussmesser-Methode
• Durchflussmenge - Gewichtsdurchfluss pro Minute durch eine Blende

zusammen mit empfohlenen Probenahme-, Test-, Kontroll-, Verpackungs-, Kennzeichnungs- und Zertifizierungsverfahren.

Die Kunden verlangen oft Berichte von angesehenen Prüfstellen, um zu bestätigen, dass die beschafften Partien die festgelegten Anforderungen an Qualität und Eigenschaften erfüllen.

Vergleich der Zerstäubungsmethoden

Gas- vs. Wasserzerstäubung

Die Wasserzerstäubung ist kostengünstiger, aber die Gaszerstäubung liefert eine bessere Pulverqualität.

Gas allein bietet ausreichende Kühlraten für gleichbleibend kleine Partikel, die sich für die additive Fertigung und das Metallspritzgießen eignen.

Vor- und Nachteile von Edelstahlpulvern

FAQ

F: Was ist der Hauptunterschied zwischen Edelstahlpulver 304 und 316?

A: Edelstahl 316-Pulver enthalten 2-3% Molybdän, das eine bessere Lochfraß- und Spaltkorrosionsbeständigkeit als 304 ermöglicht, insbesondere bei Chlor- oder Salzwasserbelastung. Edelstahl 316 ist besser für medizinische Implantate und Marineanwendungen geeignet.

F: Warum sollte man Pulver aus rostfreiem Stahl anstelle von geschmiedeten Produkten verwenden?

A: Pulverbasierte Fertigungsverfahren ermöglichen komplizierte, leichte Teile mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und Legierungskombinationen, die mit herkömmlichen Verfahren nicht zu erreichen sind. Pulver sind für additive und pulvermetallurgische Verfahren unerlässlich.

F: Wie groß ist der Weltmarkt für Edelstahlpulver?

A: Etwa 80 Kilotonnen pro Jahr mit einem Wert von über $850 Millionen und einem jährlichen Wachstum von über 5%. Die Verwendung steigt in den Bereichen 3D-Druck, Brennstoffzellen für Kraftfahrzeuge, Lebensmittelverarbeitung, Chemieanlagen, Biomedizin, Luft- und Raumfahrt und Energieanwendungen.

F: Welche Sicherheitsvorkehrungen sind beim Umgang mit Edelstahlpulver zu treffen?

A: Maßnahmen zur Expositionsminderung wie Masken, Handschuhe, Belüftung und Hygiene zur Begrenzung von Haut-/Lungenkontakt und Sensibilisierungsrisiken. Außerdem Brand- und Explosionsschutz angesichts des Verbrennungspotenzials der feinen Metallpartikel. Eine ordnungsgemäße Lagerung fern von Funken, Zündquellen, Oxidationsmitteln und Säuren ist ebenfalls wichtig.

F: Wie hoch ist das Recyclingpotenzial für Edelstahlpulver?

A: Hängt vom Verschmutzungsgrad und der akzeptablen Verschlechterung der Eigenschaften für die jeweilige Anwendung ab. Pulver können oft mehrmals für die Herstellung von Prototypen geschmolzen und wiederverwendet werden, bevor die mechanische Leistung zu stark nachlässt. Für die sekundäre Wiederverwendung mit dem Ziel der Endteilproduktion sind mehr Prozesskontrollen erforderlich.

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