ステンレス鋼材料ガイド：ラピッドプロトタイピングでのステンレス鋼の使用
ステンレス鋼は、その汎用性により、多くの産業で広く使用されている材料です。引張強度、耐食性、防錆性などの特性により、ラピッドプロトタイピングの重要な部分です。ステンレス鋼を使用すると、その多くの特性を理解する必要があります。したがって、ステンレス鋼の種類、ステンレス鋼のグレード、および特性と用途について説明したステンレス鋼材料選択ガイドが必要です。
簡単にするために、この記事はステンレス鋼の材料選択ガイドとして機能します。それはあなたがあなたのプロジェクトに使うことができるステンレス鋼の等級、ステンレス鋼の材料特性、そして様々なタイプのステンレス鋼について広範囲に議論します。また、ラピッドプロトタイピングで使用する適切なステンレス鋼グレードを選択する方法についてもヒントを示します。続きを読む!!!
ステンレス鋼とは何ですか？
ステンレス鋼は、有名な機械的特性と耐食性や防錆性などの機能を備えた鉄合金です。それは、上記の特性に関与する鉄、炭素、およびクロムの主成分を持っています。後者はその抗酸化特性に関与しており、それはその防食性と防錆性に明らかです。
ステンレス鋼の材料特性
ステンレス鋼材料を構成する要素は、その多くの機械的および化学的特性に大きく貢献しています。したがって、板金製造、CNC機械加工などのラピッドプロトタイピングプロセスで重要な材料です。以下に示すステンレス鋼の材料特性は、使用するステンレス鋼のグレードによって異なります。ただし、以下は、使用する可能性のあるすべてのグレードに共通する一般的なステンレス鋼の材料特性です。
- 防食性
クロムが存在するため、ステンレス鋼は高レベルの防食特性を備えています。これは、ステンレス鋼を多くのラピッドプロトタイピングプロセスに広く適用できるようにする最も重要な鋼材料特性の1つです。さらに、元素の組み合わせにより、過酷な大気条件や化学的条件に耐えることができます。
- 高い引張強度
重要なステンレス鋼材料の特性のもう1つは、その高い引張強度です。したがって、ステンレス鋼は、応力に耐え、より多くの重量を運ぶことができる製品の製造に非常に適しています。
- 硬度と靭性
極端な条件下では、ステンレス鋼は摩擦や摩擦に耐え、抵抗することができます。ステンレス鋼は、応力下で亀裂や破損を起こすことなくエネルギーを吸収することもできます。
- 延性
ステンレス鋼は、その高い延性特性により、その形状を失うことなく、製造プロセスに伴うひずみに耐えることができます。
ステンレス鋼は硬く、熱をすばやく放散するため、高度な技術の機械を使用せずにステンレス鋼を切断またはサイジングすることは問題になる可能性があります。これは、手直しが必要なときに、破片やコストのかかる無駄につながります。
長所と短所 ステンレス鋼の
その多くの特性により、ステンレス鋼はさまざまな産業で多くの有益な用途があります。以下は、次のプロジェクトでステンレス鋼材料を使用することのいくつかの利点です。
・防食
クロムは、ステンレス鋼の耐食性の原因となる下層の合金です。したがって、ステンレス鋼は、腐食に耐えるために、さまざまな大気条件、塩素、アルカリおよび酸性環境で使用される製品の製造に適用できます。防食性のあるステンレス鋼グレードの例としては、グレード416、316、440、2205などがあります。
・引張強度
他の金属タイプと比較して、グレード416、431などのステンレス鋼は、ストレスに耐え、極端な温度でもより多くの重量を運ぶことができるため、優れたままです。
・低メンテナンス
ステンレス鋼の長期的な価値は、製造後の維持が非常に低いため、初期購入コストを上回ります。
・耐熱性
グレード2205、416、15-5 PHなどのステンレス鋼グレードは、高温からのスケーリングに耐えることができます。したがって、極端な温度にさらされる可能性のある製造に適しています。
しかし、その特性から幅広い用途がありますが、ステンレス鋼にはいくつかの欠点もあります。以下は、次のプロジェクトでステンレス鋼材料を使用することのいくつかの欠点です。
・高コスト
ステンレス鋼の重大な欠点は、ニッケル、クロムなどの追加の合金元素が含まれているため、他の種類の鋼に比べてコストが高いことです。これらの要素は、それに防食特性を与えるものです。ステンレス鋼の仕上げと研磨に使用されるプロセスも高価です。
・スマッジング
ステンレス鋼で作られた製品は汚れ防止ではないため、ステンレス鋼で作られた製品の魅力が低下します。
・製造に挑戦
使用しているステンレス鋼のグレードによっては、製造が大きな問題になる可能性があります。したがって、適切なものを選択する前に、さまざまなステンレス鋼のグレードを理解する必要があります。
さまざまな種類のステンレス鋼
プロジェクトで使用する鋼種を決定する前に、使用できるさまざまな種類のステンレス鋼を知っておく必要があります。異なるステンレス鋼グレードは異なる特性を持っています。したがって、これらはさまざまなシナリオで適切な選択肢です。以下は、ステンレス鋼の主な種類とその下のステンレス鋼のグレードです。
フェライト系ステンレス鋼
フェライト系ステンレス鋼は、その優れた強度により、エンジニアリングアプリケーションで使用されます。それらは、より多くの鉄とクロム、および少量の他の合金を含み、純鉄または炭素鋼と同様の体心立方結晶構造（BCC）を持っています。
この構造により、熱処理を使用してフェライト系ステンレス鋼を硬化させることは不可能です。フェライト系ステンレス鋼も低コストであり、美観が優先されないアプリケーションに最適です。
ニッケル、マンガン、シリコン、リン、硫黄、チタンは、さまざまなグレードのフェライト鋼に含まれる一般的な合金元素です。以下は、フェライト鋼ファミリーの一般的なステンレス鋼グレードです。
・グレード409
このステンレス鋼グレードは、極端な温度で高い機械的特性と高い耐食性を備えています。自動車の排気ガスや高温にさらされる製造に使用されます。
・グレード416
このフェライト鋼グレードは、リストされている他の鋼種の中で最も機械加工可能です。したがって、ねじ加工されたコンポーネント、ナット、ポンプとモーターのシャフト、バルブ、ギアの製造に適用できます。
・グレード430
フェライト系ステンレス鋼グレード430は中程度の腐食特性を持っています。また、熱や酸化にも耐性があります。したがって、食品産業や国内で使用される製品の製造で一般的なステンレス鋼グレードです。
オーステナイト系ステンレス鋼
316ステンレス鋼のようなオーステナイト系ステンレス鋼は、市場で最も人気のある鋼種の1つです。それらは面心立方（FCC）結晶構造を持ち、クロムとニッケルの含有量が高くなっています。したがって、特にアニーリング後は、非常に耐食性と非磁性があります。
オーステナイト系ステンレス鋼は、ニッケル含有量が高く、冷間加工で硬化するため、低温用途でも良好に機能します。したがって、それらは食品および加工産業で使用される製品の製造に適用できます。以下は、3つの一般的なオーステナイト系ステンレス鋼のグレードとその用途です。
・グレード316
グレード316は、バリアント316と316Lで構成されています。 2つのバリアントは高度に機械加工可能です。したがって、ラピッドプロトタイピングによって製造された製品を介して、食品産業、発電産業に適用できます。
・グレード304
このステンレス鋼グレードは、ステンレス鋼の最も一般的なグレードです。非鉄材料としてクロムとニッケルが含まれています。その結果、それは塩水環境で使用される製品を作るのに使用されます。ファスナー、パイプ、冷蔵庫など、食品産業で使用される製品の製造に使用されます。
・グレード310
このステンレス鋼グレードは、高温に対する高い耐性があります。その結果、それらは、熱およびスケーリングに対する高い耐性のために、燃焼室の極低温剤として使用されます。この機能に基づく他のアプリケーションもあります。
マルテンサイト系ステンレス鋼
マルテンサイト系ステンレス鋼は、高炭素含有量（0.1-0.12％）、約10.5-18％のクロム、および磁気特性を含んでいます。このステンレス鋼グレードは、炭素含有量が高いため、熱処理によって硬化します。
したがって、ステンレス鋼の強度、耐抵抗性、および機械加工性を必要とするシナリオに適用できます。マルテンサイト系ステンレス鋼のグレードには多くの種類があります。以下は、ラピッドプロトタイピングで一般的なものです。
・グレード431
ここで説明するマルテンサイト系ステンレス鋼のグレードの中で、グレード431が最も耐食性があります。焼き戻しなどの熱処理を行うと、硬化して非常に耐食性になります。したがって、淡水で使用される製品の製造において
・グレード440
グレード440鋼には、3つのバリエーション（440a、440b、および440c）があります。それらは、熱処理後の高い引張強度と耐摩耗性を備えた硬質高炭素鋼です。また、酸、アルカリ、淡水にも耐性があります。したがって、そのような状況を伴う状況に適用できます。
・グレード416
グレード416ステンレス鋼は、この記事で最も機械加工可能なステンレス鋼グレードの1つです（約85％の機械加工性）。したがって、ネジ、ナット、ボルト、ギア、バルブ、モーターシャフトを製造するための重要な材料です。
二相ステンレス鋼
二相ステンレス鋼は、主にフェライトとオーステナイト元素の均等な組み合わせまたは60/40分割から作られた構造を持つ新しいステンレス鋼です。この組み合わせにより、特に塩化物に対する優れた強度と高い耐食性が得られます。また、クロムとモリブデンのレベルが高く、ニッケル含有量が少ないため、他の鋼種の2倍の強度があるため、耐応力性があります。それらは費用効果が高く、オフショア、建築、建設のアプリケーションで頻繁に使用されます。以下は、二相鋼の2種類のグレードです。
- グレード2304
グレード2304ステンレス鋼は、耐食性と高強度特性で人気があります。それらはモリブデンを含まず、グレード316ステンレス鋼のより良い代替品です。これらは、食品および飲料業界で使用される製品の製造に適用できる一般的な材料です。
- グレード2205 ：
グレード2205ステンレス鋼は、フェライト系ステンレス鋼とオーステナイト系ステンレス鋼のグレードの特性を兼ね備えています。モリブデンやクロムを多く含み、耐食性を発揮します。
析出硬化ステンレス鋼
析出硬化ステンレス鋼は、マルテンサイト系またはオーステナイト系のいずれかです。それらはまた熱処理可能で、製造が容易で、磁性があり、非常に強い。グレードは、ニッケルとクロムのパーセント組成によって識別できます。以下にリストされているのは、一般的なタイプの析出硬化ステンレス鋼グレードです。
・ 17-4PH（17％クロム、4％ニッケル）
このタイプのステンレス鋼には、17％のクロムと4％のニッケルが含まれています。防食性があるため、食品業界で幅広い用途があります。飛行機のタービンやその他の機械部品のブレードの製造など、より大きな設定にも適用できます。
・ 15-5 PH（15％クロム、5％ニッケル）
このタイプのステンレス鋼は、15％のクロムと5％のニッケルを含み、2つの材料を含むステンレス鋼の特性を示します。飛行機の部品、バルブ、ギア、シャフト、石油、原子炉の部品の製造に広く適用できます。
適切なステンレス鋼グレードの選択方法
ステンレス鋼にはさまざまなグレードがあります。したがって、さまざまなアプリケーションの選択肢があります。ただし、特定のプロジェクトに適したステンレス鋼のグレードを選択するのは難しい場合があります。したがって、このセクションは、ステンレス鋼のグレードを選択するのに役立つさまざまな要因を強調するためのステンレス鋼の材料選択ガイドとして機能します。
・溶接プロセスを検討する
優れた溶接能力を備えたステンレス鋼材料を必要とするプロセスには、オーステナイト系ステンレス鋼グレードが適しています。これは、炭素含有量が少ないためです。
409や430などのフェライト鋼も同様に溶接に適しています。ただし、マルテンサイト鋼は弱く、壊れやすく、割れやすいため、溶接には適していません。
・成形性を検討する
良好な成形性を備えたステンレス鋼を必要とするプロセスには、316、304などのオーステナイト系ステンレス鋼、および430、409などのフェライト系ステンレス鋼が適しています。マルテンサイト系は弱くて脆いため、成形性が劣ります。
・耐食性
他のステンレス鋼グレードの中でも、オーステナイト系ステンレス鋼グレードは、クロムとモリブデンを大量に含んでいるため、耐食性が高くなっています。天候やその他の要素にさらされるステンレス鋼の屋外での使用に適しています。フェライト系およびマルテンサイト系は、防食性においてオーステナイト系に比べて安価なオプションです。
・熱処理
特定のプロジェクトに適したグレードを選択する場合、熱処理は重要な要素です。 17-4 PH、マルテンサイト系は熱処理を受けることができます。ただし、オーステナイト系およびフェライト系は、熱処理に伴う熱に耐えることができません。
・機械的特性を重要視する
ステンレス鋼の機械的特性は、特定の目的に使用するのに適した鋼を選択する上で重要な要素です。選択する前に、強度、靭性、温度、延性、展性などの特性を優先します。
・費用対効果と可用性
適切なグレードを選択するときは、品質が不可欠です。耐食性に優れ、入手が容易で、コストが低く、品質の良いグレードを選ぶことができます。オーステナイト系は品質の点で適切な選択ですが、他の変種よりも高価であるため、すぐには入手できません。
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ステンレス鋼の一般的な用途と用途
ステンレス鋼は多くの産業で幅広い用途があります。以下は、ラピッドプロトタイピングから作られたステンレス鋼製品のいくつかの使用法です。
・食品産業
ステンレス鋼は、流し台、カトラリー、皿、調理器具などの料理製品の製造に使用されます。防錆・腐食性と微生物の繁殖を嫌うため、この目的に適しています。
・医療セクター
ステンレス鋼のもう一つの重要な用途は、医療分野です。ここでは、手術で使用される機器の製造に適用できます。たとえば、骨折した骨の交換に適用できる外科用インプラントやインプラント機器に使用されます。
・航空宇宙および自動車セクター
ステンレス鋼は、航空機や車両の部品の製造に使用される重要な材料です。精密を使用して適切に製造された場合、ステンレス鋼はそのようなシナリオに簡単に適用できます。
・その他
ステンレス鋼は、調理器具、照明、その他の製品の製造など、他のシナリオにも適用できます。これはさらに、材料の多様性と、ラピッドプロトタイピングにおいてそれがいかに重要であるかを示しています。
よくある質問
ステンレス鋼の材料特性は、その防錆特性に関与しています。クロムなどの元素は、ステンレス鋼が環境と相互作用する能力を阻害する可能性があります。
それはあなたの必要性とあなたがそれを適用したい場所に依存します。グレード316ステンレス鋼は、その高い耐食性で知られているため、塩素、化学薬品、および環境条件にさらされる用途に最適です。
ステンレス鋼の寿命は、それがどのようにそしてどこで使用されるか、そしてそれが構成する要素などの特定の要因に依存するため、相対的です。ステンレス鋼は20年から1000年以上までどこでも持ちこたえることができます。
結論
ステンレス鋼の材料は、製造業で重要な役割を果たします。使用されるステンレス鋼の種類は、ステンレス鋼の材料特性やステンレス鋼のグレードなど、いくつかの要因によって異なります。これを完全に理解するために、この記事はステンレス鋼の材料選択ガイドとして機能します。さまざまな種類のステンレス鋼、それらのグレード、およびそれらの特性を強調しています。また、適切な鋼の種類を選択するためのガイドも備えています。
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