เหล็กกล้าไร้สนิม AISI 420 (SS420), UNS S42000
เหล็กกล้าไร้สนิม AISI 420 (SS420) เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมโครเมียมมาร์เทนซิติกเกรดตรงที่มีความทนทานต่อการสึกหรอ ต้านทานการกัดกร่อน และความแข็งสูง 420,SUS420,SUS420J2,SS420J2 (UNS S42000)
คุณสมบัติเหล็กกล้าไร้สนิม AISI 420
แผ่นข้อมูลด้านล่างแสดงคุณสมบัติของเหล็กกล้าไร้สนิมประเภท 420 (SS420) รวมถึงคุณสมบัติทางกายภาพและคุณสมบัติทางกล
คุณสมบัติทางกายภาพ
คุณสมบัติทางกายภาพของเหล็กกล้าไร้สนิม SS 420 แสดงอยู่ในตารางด้านล่าง เช่น ความหนาแน่น จุดหลอมเหลว ความร้อนจำเพาะ ความต้านทานไฟฟ้า โมดูลัสยืดหยุ่น การนำความร้อน และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน (CTE)
การรักษาความร้อนสแตนเลสประเภท 420
การรักษาความร้อนเหล็กกล้าไร้สนิมประเภท 420 รวมถึงการหลอม การชุบแข็ง การแบ่งเบาบรรเทา และการลดความเครียด การเตรียมการสำหรับการรักษาความร้อนรวมถึงการทำความสะอาดล่วงหน้า การให้ความร้อนล่วงหน้า การป้องกันบรรยากาศ อ่างเกลือ และการทำให้ไฮโดรเจนแตกตัว
การทำความสะอาดล่วงหน้า: ชิ้นงานทั้งหมดของ SS420 และอุปกรณ์ติดตั้งต้องได้รับการทำความสะอาดอย่างทั่วถึง เช่น คราบน้ำมัน เหงื่อ และคราบอื่นๆ บนพื้นผิวของชิ้นงาน
การอุ่นเครื่อง: ค่าการนำความร้อนของเหล็กกล้าไร้สนิมประเภท 420 มักจะต่ำกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน เมื่อให้ความร้อนอย่างรวดเร็ว ชิ้นงานจะเสียรูปทรงและแตกร้าวได้ง่าย ดังนั้นจึงแนะนำให้อุ่นเครื่องก่อน อุณหภูมิอุ่นโดยทั่วไปคือ 760-790 °C (1,400-1,450 °F) สามารถอุ่นชิ้นส่วนที่ใช้งานหนักได้ในสองขั้นตอน: อุ่นที่อุณหภูมิ 540 °C (1,000 °F) ก่อน จากนั้นจึงอุ่นที่อุณหภูมิ 790 °C (1450 °F)
การป้องกันบรรยากาศ: อุณหภูมิออสเทนนิติก 1,010 °C (1850 °F), อุณหภูมิจุดน้ำค้าง: 10-12 °C (50-54 °F) สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก AISI 420
เกลืออาบน้ำ: เกลืออาบน้ำช่วยให้ชิ้นส่วนสแตนเลสเกรด 420 (SS 420) ทำงานได้ดีขึ้น
การเปราะของไฮโดรเจน: การเปราะของไฮโดรเจนเป็นปัญหาร้ายแรงกับเหล็กกล้า 420
การหลอม
การหลอมสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม ASTM AISI 420
อุณหภูมิการหลอมอ่อนวิกฤต (แนะนำ) สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม AISI 420: ตั้ง แต่ 675-760 °C (1245-1400 °F); อากาศเย็นจากช่วงอุณหภูมิ ใช้ช่วงอุณหภูมิความร้อนด้านบนเพื่อลดความแข็ง ความแข็งของ Rockwell ที่สอดคล้องกันคือ 94-97 HRB
อุณหภูมิการหลอมเต็มที่สำหรับเหล็กกล้าประเภท 420: 830-885 °C (1525-1625 °F) จากนั้นแช่ให้ทั่ว เตาเย็นจนเย็นถึง 790 °C (1455 °F) เย็นต่อที่ 15-25 °C/ชม. (27 -45 °F/h) ถึง 595 °C (1100 °F); อากาศเย็นถึงอุณหภูมิห้อง ความแข็งของ Rockwell ที่สอดคล้องกันคือ 86-95 HRB
อุณหภูมิอบอ่อนแบบไอโซเทอร์มอลสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด AISI 420: ให้ความร้อนถึง 830-885 °C (1525-1625 °F); เก็บ 2 ชั่วโมงที่ 705 °C (1300 °F) ความแข็งของ Rockwell ที่สอดคล้องกันคือ 95 HRB (อุ่นเครื่องที่ช่วงอุณหภูมิหลอมเหลวต่ำกว่าวิกฤตมีความสำคัญมาก)
คุณสมบัติเหล็กกล้าไร้สนิม AISI 420
แผ่นข้อมูลด้านล่างแสดงคุณสมบัติของเหล็กกล้าไร้สนิมประเภท 420 (SS420) รวมถึงคุณสมบัติทางกายภาพและคุณสมบัติทางกล
คุณสมบัติทางกายภาพ
คุณสมบัติทางกายภาพของเหล็กกล้าไร้สนิม SS 420 แสดงอยู่ในตารางด้านล่าง เช่น ความหนาแน่น จุดหลอมเหลว ความร้อนจำเพาะ ความต้านทานไฟฟ้า โมดูลัสยืดหยุ่น การนำความร้อน และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน (CTE)
คุณสมบัติทางกล
คุณสมบัติทางกลของเหล็กกล้าไร้สนิม AISI 420 มีระบุไว้ในแผ่นข้อมูลด้านล่าง รวมถึงความต้านทานแรงดึง ความแข็งแรงคราก การยืดตัว การลดลงของพื้นที่ ความแข็งของบริเนลและร็อกเวลล์ การทดสอบแรงกระแทกแบบชาร์ปี เป็นต้น
การรักษาความร้อนสแตนเลสประเภท 420
การรักษาความร้อนเหล็กกล้าไร้สนิมประเภท 420 รวมถึงการหลอม การชุบแข็ง การแบ่งเบาบรรเทา และการลดความเครียด การเตรียมการสำหรับการรักษาความร้อนรวมถึงการทำความสะอาดล่วงหน้า การให้ความร้อนล่วงหน้า การป้องกันบรรยากาศ อ่างเกลือ และการทำให้ไฮโดรเจนแตกตัว
การทำความสะอาดล่วงหน้า: ชิ้นงานทั้งหมดของ SS420 และอุปกรณ์ติดตั้งต้องได้รับการทำความสะอาดอย่างทั่วถึง เช่น คราบน้ำมัน เหงื่อ และคราบอื่นๆ บนพื้นผิวของชิ้นงาน
การอุ่นเครื่อง: ค่าการนำความร้อนของเหล็กกล้าไร้สนิมประเภท 420 มักจะต่ำกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน เมื่อให้ความร้อนอย่างรวดเร็ว ชิ้นงานจะเสียรูปทรงและแตกร้าวได้ง่าย ดังนั้นจึงแนะนำให้อุ่นเครื่องก่อน อุณหภูมิอุ่นโดยทั่วไปคือ 760-790 °C (1,400-1,450 °F) สามารถอุ่นชิ้นส่วนที่ใช้งานหนักได้ในสองขั้นตอน:
อุ่นที่อุณหภูมิ 540 °C (1,000 °F) ก่อน จากนั้นจึงอุ่นที่อุณหภูมิ 790 °C (1450 °F)
การป้องกันบรรยากาศ: อุณหภูมิออสเทนนิติก 1,010 °C (1850 °F), อุณหภูมิจุดน้ำค้าง: 10-12 °C (50-54 °F) สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก AISI 420
เกลืออาบน้ำ: เกลืออาบน้ำช่วยให้ชิ้นส่วนสแตนเลสเกรด 420 (SS 420) ทำงานได้ดีขึ้น
การเปราะของไฮโดรเจน: การเปราะของไฮโดรเจนเป็นปัญหาร้ายแรงกับเหล็กกล้า 420
การหลอม
การหลอมสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม ASTM AISI 420
อุณหภูมิการหลอมอ่อนวิกฤต (แนะนำ) สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม AISI 420: ตั้ง แต่ 675-760 °C (1245-1400 °F); อากาศเย็นจากช่วงอุณหภูมิ ใช้ช่วงอุณหภูมิความร้อนด้านบนเพื่อลดความแข็ง ความแข็งของ Rockwell ที่สอดคล้องกันคือ 94-97 HRB
อุณหภูมิการอบอ่อนเต็มที่สำหรับเหล็กกล้าประเภท 420: 830-885 °C (1525-1625 °F) จากนั้นแช่ให้ทั่ว เตาหลอมเย็นถึง 790 °C (1455 °F) เย็นต่อที่ 15-25 °C/ชม. (27 -45 °F/h) ถึง 595 °C (1100 °F); อากาศเย็นถึงอุณหภูมิห้อง ความแข็งของ Rockwell ที่สอดคล้องกันคือ 86-95 HRB
อุณหภูมิอบอ่อนแบบไอโซเทอร์มอลสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด AISI 420: ให้ความร้อนถึง 830-885 °C (1525-1625 °F); เก็บ 2 ชั่วโมงที่ 705 °C (1300 °F) ความแข็งของ Rockwell ที่สอดคล้องกันคือ 95 HRB (อุ่นเครื่องที่ช่วงอุณหภูมิหลอมเหลวต่ำกว่าวิกฤตมีความสำคัญมาก)
การชุบแข็ง
การชุบแข็งสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 420: การให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 980-1065 °C (1800-1950 °F) สารชุบแข็งคืออากาศหรือน้ำมัน ถ้าความหนาของชิ้นส่วน > 0.25 นิ้ว (6.4 มม.) ควรใช้น้ำมันชุบแข็ง . หลังจากดับไฟจนถึงอุณหภูมิห้องแล้ว แนะนำให้ใช้ความเย็นทันที และอุณหภูมิการบำบัดด้วยความเย็นที่แนะนำคือ -75±10 °C (-100±20 °F) ซึ่งสามารถลดออสเทนไนท์และรักษาความเสถียรของมิติสูงสุด
แบ่งเบา
เหล็กกล้า AISI 420 (SS420) นั้นเปราะมากภายใต้สภาวะการชุบแข็งเพียงอย่างเดียว และโดยปกติแล้วจะต้องผ่านการอบคืนตัวเพื่อให้ได้ความเหนียวที่มีประโยชน์
อุณหภูมิการอบคืนตัวสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 420 หลังการออสเทนไนซ์: 205-370 °C (400-700 °F) ความต้านทานแรงดึงที่สอดคล้องกันและความแข็ง Rockwell คือ 1550-1930 MPa (225-280 ksi) และ 48-56 HRC
คลายความเครียด
หาก SS420 ที่ดับอยู่ไม่แข็งตัวในทันที ควรดำเนินการบรรเทาความเครียดโดยเร็ว
การปลอม
เหล็กกล้า AISI ชนิด 420 โครเมี่ยมแบบตรงนั้นง่ายต่อการปลอมแปลงเป็นรูปทรงที่ซับซ้อน
การเชื่อม
ฟิลเลอร์โลหะสำหรับการเชื่อม ARC ของเหล็กกล้า AISI 420: E/ER420, E/ER308, E/ER309
เพื่อให้ได้รอยเชื่อมที่ดี ควรอุ่นให้ร้อนที่อุณหภูมิต่ำสุด 200 °C (390 °F) ก่อนทำการเชื่อม จากนั้นตั้งค่าการรักษาความร้อนหลังการเชื่อมเป็น 675-750 °C (1250-1380 °F)
แอพพลิเคชั่น
เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด ASTM AISI 420 (SS 420) ส่วนใหญ่จะใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่ทนทานต่อบรรยากาศ ไอน้ำ น้ำ และกรดออกซิไดซ์
วัสดุ AISI 420 (SS420) ใช้ในเครื่องจักรความแม่นยำทุกชนิด ตลับลูกปืน อุปกรณ์ไฟฟ้า เครื่องมือ เครื่องวัด เครื่องมือขนส่ง มีด กรรไกร เครื่องใช้ในครัวเรือน วาล์ว ส่วนประกอบวาล์ว แท่งลูกสูบ ฟิตติ้ง ไกด์ ชิ้นส่วนสำหรับโรงงานเคมี , เพลา, แกนหมุน, แม่พิมพ์พลาสติก, ลูกสูบปั๊ม, ช้อนส้อม, เฟือง, และลูกกลิ้ง
AISI 420 เทียบเท่า
วัสดุที่เทียบเท่าเหล็กกล้าไร้สนิมประเภท 420 แสดงอยู่ในตารางด้านล่าง รวมถึงมาตรฐาน GB ของจีน, ISO, JIS ของญี่ปุ่น และมาตรฐาน EN ของยุโรป (เยอรมนี DIN EN, British BSI…)
การแนะนำ
เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 420 เป็นเหล็กกล้าคาร์บอนสูงที่มีปริมาณโครเมียมขั้นต่ำ 12% เช่นเดียวกับเหล็กกล้าไร้สนิมอื่นๆ เกรด 420 สามารถชุบแข็งได้ด้วยการอบชุบด้วยความร้อน มีความเหนียวที่ดีในสถานะอบอ่อนและมีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมเมื่อโลหะถูกขัดเงา ต่อสายดินหรือชุบแข็ง เกรดนี้มีความแข็งสูงสุด - 50HRC - ในบรรดาเกรดสแตนเลสที่มีโครเมียม 12%
เกรดเหล็กกล้าไร้สนิมที่คล้ายคลึงกับเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 420 รวมถึงเหล็กกล้ามาร์เทนซิติก เช่น เกรด 420 รุ่นอื่นๆ ซึ่งมีส่วนประกอบของวาเนเดียม ซัลเฟอร์ และโมลิบดีนัม และเกรด 440 ซีรีส์ เกรด 420C ที่ไม่ได้มาตรฐานมีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าเกรด 420 เล็กน้อย
คุณสมบัติสแตนเลส 420
เหล็กกล้าไร้สนิม 420 มักใช้ในงานวิศวกรรม การก่อสร้าง ชิ้นส่วนยานยนต์ มีด เครื่องมือแพทย์ เครื่องครัว และอื่นๆ อีกมากมาย มีความทนทานสูงต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและการกัดกร่อนเนื่องจากมีปริมาณโครเมียมสูง นอกจากนี้ยังเป็นที่รู้จักในด้านความแข็งแกร่งและความแข็ง อย่างไรก็ตาม ข้อเสียอย่างหนึ่งของสแตนเลส 420 ก็คือทนความร้อนได้น้อยกว่าสแตนเลส 304 นอกจากนี้ยังไม่เหมาะสำหรับการเชื่อมเนื่องจากมีปริมาณคาร์บอนต่ำ
การรักษาความร้อนสแตนเลสประเภท 420
การรักษาความร้อนเหล็กกล้าไร้สนิมประเภท 420 รวมถึงการหลอม การชุบแข็ง การแบ่งเบาบรรเทา และการลดความเครียด การเตรียมการสำหรับการรักษาความร้อนรวมถึงการทำความสะอาดล่วงหน้า การให้ความร้อนล่วงหน้า การป้องกันบรรยากาศ อ่างเกลือ และการทำให้ไฮโดรเจนแตกตัว
การทำความสะอาดล่วงหน้า: ชิ้นงานทั้งหมดของ SS420 และอุปกรณ์จับยึดต้องได้รับการทำความสะอาดอย่างทั่วถึง เช่น คราบน้ำมัน เหงื่อไคล และคราบอื่นๆ บนพื้นผิวของชิ้นงาน
การอุ่นเครื่อง: ค่าการนำความร้อนของเหล็กกล้าไร้สนิมประเภท 420 มักจะต่ำกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน เมื่อให้ความร้อนอย่างรวดเร็ว ชิ้นงานจะเสียรูปทรงและแตกร้าวได้ง่าย ดังนั้นจึงแนะนำให้อุ่นเครื่องก่อน อุณหภูมิอุ่นโดยทั่วไปคือ 760-790 °C (1,400-1,450 °F) สามารถอุ่นชิ้นส่วนที่ใช้งานหนักได้ในสองขั้นตอน: อุ่นที่อุณหภูมิ 540 °C (1,000 °F) ก่อน จากนั้นจึงอุ่นที่อุณหภูมิ 790 °C (1450 °F)
การป้องกันบรรยากาศ: อุณหภูมิออสเทนนิติก 1,010 °C (1850 °F), อุณหภูมิจุดน้ำค้าง: 10-12 °C (50-54 °F) สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก AISI 420
เกลืออาบน้ำ: เกลืออาบน้ำช่วยให้ชิ้นส่วนสแตนเลสเกรด 420 (SS 420) ทำงานได้ดีขึ้น
การเปราะของไฮโดรเจน: การเปราะของไฮโดรเจนเป็นปัญหาร้ายแรงกับเหล็กกล้า 420
การหลอม การหลอมสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม ASTM AISI 420
อุณหภูมิการหลอมอ่อนวิกฤต (แนะนำ) สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม AISI 420: ตั้ง แต่ 675-760 °C (1245-1400 °F); อากาศเย็นจากช่วงอุณหภูมิ ใช้ช่วงอุณหภูมิความร้อนด้านบนเพื่อลดความแข็ง ความแข็งของ Rockwell ที่สอดคล้องกันคือ 94-97 HRB
อุณหภูมิการอบอ่อนเต็มที่สำหรับเหล็กกล้าประเภท 420: 830-885 °C (1525-1625 °F) จากนั้นแช่ให้ทั่ว เตาหลอมเย็นถึง 790 °C (1455 °F) เย็นต่อที่ 15-25 °C/ชม. (27 -45 °F/h) ถึง 595 °C (1100 °F); อากาศเย็นถึงอุณหภูมิห้อง ความแข็งของ Rockwell ที่สอดคล้องกันคือ 86-95 HRB
อุณหภูมิอบอ่อนแบบไอโซเทอร์มอลสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด AISI 420: ให้ความร้อนถึง 830-885 °C (1525-1625 °F); เก็บ 2 ชั่วโมงที่ 705 °C (1300 °F) ความแข็งของ Rockwell ที่สอดคล้องกันคือ 95 HRB (อุ่นเครื่องที่ช่วงอุณหภูมิหลอมเหลวต่ำกว่าวิกฤตมีความสำคัญมาก)
การชุบแข็ง
การชุบแข็งสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 420: การให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 980-1065 °C (1800-1950 °F) สารชุบแข็งคืออากาศหรือน้ำมัน ถ้าความหนาของชิ้นส่วน > 0.25 นิ้ว (6.4 มม.) ควรใช้น้ำมันชุบแข็ง . หลังจากดับไฟจนถึงอุณหภูมิห้องแล้ว แนะนำให้ใช้ความเย็นทันที และอุณหภูมิการบำบัดด้วยความเย็นที่แนะนำคือ -75±10 °C (-100±20 °F) ซึ่งสามารถลดออสเทนไนท์และรักษาความเสถียรของมิติสูงสุด
แบ่งเบา
เหล็กกล้า AISI 420 (SS420) นั้นเปราะมากภายใต้สภาวะการชุบแข็งเพียงอย่างเดียว และโดยปกติแล้วจะต้องผ่านการอบคืนตัวเพื่อให้ได้ความเหนียวที่มีประโยชน์
อุณหภูมิการอบคืนตัวสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 420 หลังการออสเทนไนซ์: 205-370 °C (400-700 °F) ความต้านทานแรงดึงที่สอดคล้องกันและความแข็ง Rockwell คือ 1550-1930 MPa (225-280 ksi) และ 48-56 HRC
คลายความเครียด
หาก SS420 ที่ดับอยู่ไม่แข็งตัวในทันที ควรดำเนินการบรรเทาความเครียดโดยเร็ว
การปลอม
เหล็กกล้า AISI ชนิด 420 โครเมี่ยมแบบตรงนั้นง่ายต่อการปลอมแปลงเป็นรูปทรงที่ซับซ้อน
การเชื่อม
โลหะเติมสำหรับการเชื่อม ARC ของเหล็ก AISI 420: E/ER420, E/ER308, E/ER309
เพื่อให้ได้รอยเชื่อมที่ดี ควรอุ่นให้ร้อนอย่างน้อย 200 °C (390 °F) ก่อนทำการเชื่อม จากนั้นตั้งค่าการรักษาความร้อนหลังการเชื่อมเป็น 675-750 °C (1250-1380 °F)
แอพพลิเคชั่น
เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด ASTM AISI 420 (SS 420) ส่วนใหญ่จะใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่ทนทานต่อบรรยากาศ ไอน้ำ น้ำ และกรดออกซิไดซ์
วัสดุ AISI 420 (SS420) ใช้ในเครื่องจักรความแม่นยำทุกชนิด ตลับลูกปืน อุปกรณ์ไฟฟ้า เครื่องมือ เครื่องวัด เครื่องมือขนส่ง มีด กรรไกร เครื่องใช้ในครัวเรือน วาล์ว ส่วนประกอบของวาล์ว แท่งลูกสูบ ฟิตติ้ง ไกด์ ชิ้นส่วนสำหรับโรงงานเคมี , เพลา, แกนหมุน, แม่พิมพ์พลาสติก, ลูกสูบปั๊ม, ช้อนส้อม, เฟือง, และลูกกลิ้ง
AISI 420 เทียบเท่า
วัสดุที่เทียบเท่าเหล็กกล้าไร้สนิมประเภท 420 แสดงอยู่ในตารางด้านล่าง รวมถึงมาตรฐาน GB ของจีน, ISO, JIS ของญี่ปุ่น และมาตรฐาน EN ของยุโรป (เยอรมนี DIN EN, British BSI…)
การผลิตแบบเติม แต่งของเหล็กกล้าไร้สนิม AISI 420: การตรวจสอบความถูกต้องของกระบวนการ การวิเคราะห์ข้อบกพร่อง และการกำหนดลักษณะทางกลในกระบวนการต่างๆ และสภาวะหลังกระบวนการ
โลหะผสมเหล็กกล้าไร้สนิม (SS) ที่ผลิตโดยผงฟิวชั่นเบดที่ใช้เลเซอร์ (LPBF) มีคุณสมบัติเชิงกลที่เทียบเคียงได้และเหนือกว่าในบางครั้งเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุแปรรูปทั่วไป เหล็กเหล่านี้บางส่วนได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา อย่างไรก็ตาม SS มาร์เทนซิติกที่ผลิตขึ้นแบบเติม แต่ง เช่น AISI 420 ยังต้องการการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อระบุลักษณะคุณภาพหลังการสร้างและพฤติกรรมเชิงกล การขาดข้อมูลเกี่ยวกับมาร์เทนซิติก SS นี้ไม่สอดคล้องกับความต้องการที่เพิ่มขึ้นในอุตสาหกรรมยานยนต์ การแพทย์ และการบินและอวกาศ เนื่องจากมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี มีความแข็งสูง และมีคุณสมบัติในการรับแรงดึงที่ดี การเลือกพารามิเตอร์ของกระบวนการที่เหมาะสมและหลังการบำบัดมีบทบาทพื้นฐานในการกำหนดคุณสมบัติขั้นสุดท้าย สำหรับเหตุผลนี้, บทความนี้ได้ศึกษาผลกระทบของพารามิเตอร์กระบวนการ LPBF และกรรมวิธีทางความร้อนที่แตกต่างกันต่อความหนาแน่น ลักษณะข้อบกพร่องและตำแหน่ง ความหยาบ และสมบัติเชิงกลของ AISI 420 ในบทความนี้
การรณรงค์ทดลองครั้งแรกได้ดำเนินการเพื่อสร้างชุดของพารามิเตอร์กระบวนการที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม จากผลลัพธ์นี้ คุณสมบัติของข้อบกพร่องที่ตรวจพบถูกตรวจสอบโดยการสแกนด้วยเครื่องเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ (CT) มิติ ความกลม และการกระจายของข้อบกพร่องภายในปริมาตรได้รับการวิเคราะห์และเปรียบเทียบระหว่างตัวอย่างที่ผลิตด้วยพารามิเตอร์ต่างๆ ในส่วนที่สองของเอกสารนี้ มีการตรวจสอบอิทธิพลของกระบวนการและสภาวะหลังกระบวนการต่อคุณสมบัติทางกล ผลลัพธ์สุดท้ายที่นำเสนอสร้างความสัมพันธ์ระหว่างวงจรการผลิตที่จ้างและคุณสมบัติของชิ้นงาน LPBF AISI 420
1บทนำ
โลหะผสมเหล็กกล้าไร้สนิม (SS) ถูกนำมาใช้ในงานอุตสาหกรรมจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากมีความแข็งแรง ทนทานสูง และต้านทานการกัดกร่อนได้ดีหรือดีเยี่ยม ออสเทนนิติกหรือเฟอริติก SS เป็นที่ต้องการในสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนสูง เช่น สภาพแวดล้อมในการใช้งานทางเคมี ปิโตรเคมี ทางทะเล และทางการแพทย์ ในขณะที่ SS มาร์เทนซิติกจะใช้เมื่อต้องการคุณสมบัติทางกลที่ดีเช่นกัน ความแข็งแรงและความเหนียวของมาร์เทนซิติกเอสเอสสามารถปรับได้ผ่านการอบชุบด้วยความร้อนที่เหมาะสม [ 1 ] ทำให้เหล็กกล้าเหล่านี้น่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมการสกัด น้ำมันและก๊าซ และเครื่องมือ
โลหะผสมเหล่านี้สามารถผ่านกรรมวิธีการผลิตแบบดั้งเดิมที่แตกต่างกัน เช่น การหล่อ การขึ้นรูปโลหะ และผงโลหะ หรือล่าสุดคือ การผลิตสารเติม แต่ง (AM) ในบรรดาโลหะผสมทั้งหมดที่เสนอโดยผู้ผลิตผงและผู้ค้าปลีกสำหรับกระบวนการโลหะ AM SS บางชนิดได้รับการศึกษาอย่างดีในวรรณกรรม รวมถึง AISI 316l หรือ AISI 304 ด้วยการขยายตัวที่เพิ่มขึ้นในตลาดและความถนัดในการพิมพ์
การขาดความรู้จะเห็นได้ชัดในกรณีของ SS มาร์เทนซิติก [ 2] เช่น AISI 420 เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีไม่เหมาะสมสำหรับการปรับ AM ให้เหมาะสม ซึ่งทำให้เกิดการหลอมเหลวและการแข็งตัวซ้ำด้วยความเร็วสูงของวัตถุดิบ อย่างไรก็ตาม การเปรียบเทียบคุณสมบัติเชิงกลของแท่ง AISI 420 ในสภาพก่อนชุบแข็งและอบร้อนกับส่วนประกอบที่สร้างขึ้นโดยกระบวนการ AM การปรับปรุงนี้ถือว่า ไม่มีความสำคัญเลย ตัวอย่างทั่วไปที่ดึงเย็นมีกำลังครากประมาณ 590 MPa [ 3 ] ในขณะที่ส่วนประกอบ AM สามารถสูงถึง 1,000 MPa [ 4 ] ความแตกต่างนี้เป็น เพราะ AISI 420 ตอบสนองต่อการอบชุบด้วยความร้อนเช่นเดียวกับเหล็กก่อสร้าง วัฏจักรความร้อนที่มาร์เทนซิติกเอสเอสได้รับในช่วง AM อันที่จริง ก่อให้เกิดการก่อตัวของมาร์เทนไซต์ที่ดับแล้ว
[ 5] มีหน้าที่เพิ่มความแข็งและความแข็งแรงและลดความเหนียว อย่างไรก็ตาม ปริมาณคาร์บอนที่สูงจะลดความต้านทานการกัดกร่อนและความสามารถในการเชื่อมของโลหะผสม ประการหลังทำให้ AISI 420 มีความซับซ้อนมากกว่า austenitic SS เพื่อปรับให้เหมาะสมสำหรับ AM เนื่องจากการเกิดรอยร้าวได้ง่ายในระหว่างขั้นตอนการแข็งตัวใหม่ของ แต่ละชั้น นอกจากนี้ เมื่อพิจารณาถึงการใช้งานทางอุตสาหกรรมของมาร์เทนซิติก SS ข้อดีอย่างหนึ่งของการใช้ AM คือการประดิษฐ์ชิ้นส่วนที่มีรูปร่างใกล้เคียงตาข่าย เช่น ช่องคอนฟอร์มัลสำหรับแม่พิมพ์และเครื่องมือ เพื่อนำไปใช้งานโดยตรงโดยไม่ต้องมีขั้นตอนการประมวลผลเพิ่มเติม อย่างไรก็ตาม ความขรุขระของพื้นผิวโดยทั่วไปของชิ้นส่วน AM ที่สร้างขึ้นตามที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่า สูงกว่ากระบวนการทั่วไป [ 6 ] และกระบวนการตก แต่งที่ตามมามักทำได้ยาก [ 7]. ความหยาบสูงเกิดจากลักษณะการประมวลผลหลายอย่าง เช่น พารามิเตอร์กระบวนการ อนุภาคผงซินเตอร์บนพื้นผิว และผลกระทบขั้นบันไดตามธรรมชาติของการผลิตชั้น [ 8 ] พารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องทั้งหมดต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อลดความหยาบเริ่มต้นและปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวของส่วนประกอบที่สร้างขึ้น
เมื่อพิจารณาถึงกระบวนการ AM เฉพาะที่ใช้สำหรับการผลิต AISI 420 เอกสารหลายฉบับได้รับการเผยแพร่โดยใช้การสะสมพลังงานโดยตรง (DED) [ 4 , 9 ] และเมื่อเร็ว ๆ นี้ผู้เขียนบางคนเข้าหาเหล็กเหล่านี้โดยใช้เลเซอร์ฟิวชั่นเบดเบด (LPBF) . โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Zhao ที่อัล [ 10 ] ศึกษาผลของพารามิเตอร์ LPBF ต่อความหนาแน่นและสมบัติเชิงกลของ AISI 420 Saiedi et al. [ 11 ] แทนที่จะเน้นงานของพวกเขาที่ความแตกต่างในโครงสร้างจุลภาคระหว่างส่วนประกอบ AISI 420 ตามที่สร้างขึ้นและผ่านกระบวนการเทมเปอร์ และผลกระทบของกระบวนการหลังกระบวนการต่อพฤติกรรมแรงดึง โดยเริ่มจากชุดพารามิเตอร์กระบวนการ LPBF หนึ่งชุดที่กำหนดไว้ล่วงหน้า แนทและคณะ [ 12]
กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างจุลภาค สมบัติเชิงกล และพฤติกรรมการกัดกร่อนของเหล็กกล้า LPBF 420 ในที่สุด Tian et al ได้เสนองานที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นเกี่ยวกับลักษณะโครงสร้างจุลภาคและวิวัฒนาการพื้นผิวของ AISI 420 [ 13 ]. การบำบัดด้วยความร้อน 3 ขั้นตอนที่ปรับให้เหมาะสม (ออสเทนไนเซชันที่ 1,043 °C เป็นเวลา 1 ชั่วโมงตามด้วยการดับไนโตรเจนและการแบ่งเบาบรรเทาสองครั้งที่ 182 °C พร้อมเวลาแช่ 3 ชั่วโมงและการระบายความร้อนด้วยอากาศขั้นสุดท้าย) ถูกนำเสนอเพื่อให้ได้เฟสมาร์เทนซิติกที่สมบูรณ์พร้อมการตกตะกอนของคาร์ไบด์ที่ผลิต ความแข็งแรงของผลผลิตเพิ่มขึ้นอย่างมาก
แม้จะได้ผลลัพธ์ที่น่าสนใจจากผลงานเหล่านี้ แต่ก็จำเป็นต้องมีความพยายามมากขึ้นในการระบุความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์ LPBF และคุณลักษณะของส่วนประกอบขั้นสุดท้าย ทั้งในแง่ของข้อบกพร่องและคุณสมบัติเชิงกล รวมถึงผลกระทบของการบำบัดความร้อนที่แตกต่างกันในคุณสมบัติเดียวกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในขณะที่ผลกระทบของโครงสร้างจุลภาคต่อคุณสมบัติทางกลเป็นที่ทราบกันบางส่วนจากการศึกษาที่ดำเนินการกับ AISI 420 ที่ผลิตตามประเพณี ข้อบกพร่องของ LPBF และความสัมพันธ์กับคุณสมบัติทางกลนั้นได้รับการตรวจสอบเพียงเล็กน้อย อย่างที่ทราบกันดีว่า ความล้มเหลวจากการล้าและปรากฏการณ์การกัดกร่อน ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับมาร์เทนซิติก SS นั้นได้รับอิทธิพลอย่างมากจากการมีอยู่ของข้อบกพร่องเหล่านี้ [ 14 , 15] และพารามิเตอร์กระบวนการ LPBF และรูปแบบต่างๆ ในห้องผลิต ล้วนส่งผลต่อเนื้อหาข้อบกพร่องขั้นสุดท้ายและประสิทธิภาพของส่วนประกอบ [ 16 ]
เพื่อตอบสนองต่อการขาดข้อมูลนี้ การศึกษานี้จึงตรวจสอบประสิทธิภาพของตัวอย่าง LPBF AISI 420 ที่ผลิตด้วยชุดพารามิเตอร์ที่แตกต่างกันสามชุดที่กำหนดขึ้นตามเกณฑ์อุตสาหกรรมเฉพาะสามประการ: (1) ความหนาแน่นที่สูงขึ้นพร้อมความเสถียรของกระบวนการสำหรับการผลิตชิ้นส่วนขนาดใหญ่ (2) ยอมรับได้ ความหนาแน่นที่เกี่ยวข้องกับความเร็วสูง และ (3) การลดข้อบกพร่องของพื้นผิวและความหยาบเพื่อปรับปรุงความล้าและความต้านทานการกัดกร่อน ตัวแปรที่อยู่ระหว่างการพิจารณา ได้แก่ พารามิเตอร์ของกระบวนการ เช่น กลยุทธ์การสแกน ความเร็วเลเซอร์ การวางแนวการสร้าง และความหนาของชั้น โดยการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ข้างต้น
คุณภาพของส่วนประกอบในแง่ของจำนวน ขนาด และรูปทรงเรขาคณิตของข้อบกพร่อง ความแข็งของตัวอย่าง ความหยาบ และพฤติกรรมทางกลได้ถูกวิเคราะห์ ยิ่งไปกว่านั้น ประสิทธิภาพของส่วนประกอบขณะประกอบถูกนำไปเปรียบเทียบกับตัวอย่างที่ได้รับความร้อน เลือกการรักษาความร้อนทางอุตสาหกรรมจำนวนมาก 2 วิธีและเปรียบเทียบผลลัพธ์กับประสิทธิภาพการชุบแข็งด้วยเลเซอร์ในแง่ของความแข็ง ในความเป็นจริงแล้ว การชุบผิวแข็งมักจะใช้เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางไตรโบโลยี เช่น การกัดกร่อน การสึกหรอ และความแข็ง [17 ] ที่มีความสำคัญเป็นพิเศษสำหรับ AISI 420 SS
2วัสดุและวิธีการ
2.1ตัวอย่างการผลิตและขั้นตอนหลังการผลิต
ผง Atomized 420 SS ที่จัดหาโดย Ridix (RIDIX SpA, Grugliasco, อิตาลี) โดยมีองค์ประกอบทางเคมีเล็กน้อยตามที่รายงานในตารางที่1ถูกนำมาใช้เพื่อผลิตตัวอย่าง LPBF สำหรับลักษณะโครงสร้างจุลภาคและเชิงกล ตัวอย่างทั้งหมดถูกสร้างขึ้นด้วยระบบ LPBF เชิงพาณิชย์ที่ติดตั้งไฟเบอร์เลเซอร์ 1070 นาโนเมตร (Concept Laser M2) ที่มีกำลังไฟสูงสุด 370 W หน่วยนี้มีเปลือกหุ้มขนาด 250 × 250 × 280 มม. (x, y, z) และแท่นวางไม่ได้อุ่นล่วงหน้า
