他の成形プロセスと比較した MIM 316L ステンレス鋼の機械的特性

2023 年 7 月 4 日

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316L ステンレス鋼は、優れた耐食性、溶接性、良好な機械的特性により、金属射出成形で最も一般的に使用される合金の 1 つです。 一般的な用途には、時計ケース、眼鏡フレーム部品、自動車部品、電子機器、歯科および医療機器などの消費者製品が含まれます。 MIM 316L ステンレス鋼は世界の MIM 産業の成長に大きく貢献したと言われており、過去 10 年間で平均年間成長率は約 14% となっています。

ただし、MIM テクノロジーは、機械加工、インベストメント鋳造、ダイカストなどの他の成形プロセスと比較して、加工時の材料の無駄を最小限に抑えながら形状の複雑さを実現できるという利点がありますが、MIM 316L ステンレス鋼の機械的特性は、最適化に大きく依存します。 MIMプロセス。 特に、MIM 316L ステンレス鋼の機械的特性は、焼結部品で達成される最終密度と粒子サイズに大きく依存しており、MIM プロセス中に発生する欠陥は最終特性に悪影響を与える可能性があります。

清州にある忠北国立大学と、韓国の仁川にある韓国産業技術研究院（KITECH）の産業材料加工研究開発部では、疲労強度を含む機械的特性をより深く理解するために研究が行われています。 、MIM 316L ステンレス鋼製。 研究の目的は、農業機械など、より高強度のコンポーネントを必要とする用途分野で MIM 316L ステンレス鋼を検討できるようにすることでした。 この研究結果は、『マテリアルズ』2023 年 3 月 7 日、第 16 巻、2144 号、12 ページに掲載され、著者は IS Hwang、TY So、DH Lee、および CS Shin です。

著者らは、水噴霧グレード粉末をベースにした 316L ステンレス鋼原料から 15 本のテストバーを射出成形し、テストバーを水素中 900℃で 1 時間脱脂し、その後真空下 1320℃で 2 時間焼結したと述べています。 次に、焼結 MIM 316L テストバーの機械的特性を 316L 冷間圧延部品と比較し、さらに熱間圧延または PBF-LB 積層造形によって製造された一部の 316L 部品とも比較しました。 著者らは、焼結した 316L 試験片の微細構造を走査型電子顕微鏡 (SEM) で分析し、インターセプト法と EBSD 計算を使用して粒径を分析しました。 図 1 (a) は、MIM プロセスによって作成された 316L 試験片を示しています。

アルキメデスの原理を使用して測定した、MIM 316L 試験片の焼結で得られた平均密度は、7.56 g/cm3、または理論値の 94.62% でした。 著者らは、MIM プロセスで達成される密度は、316L 原料のバインダー組成の条件と、脱脂および焼結プロセスに大きく影響され、冷間圧延プロセスと比較して焼結密度が低いため、MIM 316L 部品の品質が低下する可能性があると示唆しました。機械的特性の点で不利になります。 図1(b)は密度の測定に使用した電子密度計(md-200s)を示しています。

焼結 MIM 316L 試験片の引張試験 (UTS) を、それぞれ 3 つの試験片について 5 mm/min の一定速度で破断するまで実行しました。 疲労試験は、図 1 (c) に示すサーボ油圧疲労試験システムを使用して、応力比 0.1 で実行され、完全に逆転した周期応力で実行されました。 疲労試験の最大応力は引張試験で得られたUTSに基づいて設定しました。 これらの応力は 80% (432 MPa) に設定され、55% (297 MPa) まで段階的に減少しました。 この研究では、疲労限界は、荷重サイクル数が 106 を超えたときに適用される応力値として決定されました。

テストした 3 つの MIM 316L サンプルから得られた平均 UTS 値は 539 MPa でした (図 2)。 これは、冷間圧延 316L 試験片の引張強度 (620 ～ 795 MPa) よりも低く、熱間圧延試験片 (580 MPa) よりも低くなります。 著者らは、MIM 316L の機械的特性の低下の主な原因として 2 つのメカニズムを特定しました。 焼結試験片内の気孔の存在は、(1) 応力がかかる領域の減少、および (2) 多角形の気孔によってノッチ効果が引き起こされ、早期の材料破損につながる可能性があります。