Môže byť vysokorýchlostná oceľ-kovová vstrekovaním?

Krátka odpoveď je áno, ale proces si vyžaduje presnosť, ktorá oddeľuje skúsené zariadenia MIM od ostatných. Vysokorýchlostné nástrojové ocele, ako sú M2, M4, T15 a M42, sa od konca 90. rokov minulého storočia úspešne vyrábajú pomocou vstrekovania prášku po desaťročiach vývoja v práškovej metalurgii. Táto technológia umožňuje výrobcom vyrábať zložité rezné nástroje, presné ozubené kolesá a súčiastky odolné proti opotrebeniu-, ktoré by si inak vyžadovali rozsiahle obrábanie z kovaného tyčového materiálu.

 Prečo zvážiť MIM pre vysoko-rýchlostnú oceľ?

Tradičné odlievanie ingotov z nástrojových ocelí spôsobuje segregáciu počas tuhnutia, čo vedie k veľkým karbidovým precipitátom, ktoré vytvárajú pozdĺžne ryhy počas spracovania za tepla. V roku 1960 výskumníci z Crucible Steel preukázali, že atomizácia nástrojovej ocele na prášok a jej konsolidácia pomocou izostatického lisovania za horúca (HIP) môže túto segregáciu úplne odstrániť. Výsledná mikroštruktúra vykazovala jemne rozptýlené karbidy s výrazne zlepšenou húževnatosťou v porovnaní s odlievaným materiálom rovnakého zloženia.

Vstrekovanie kovov to posúva ďalej tým, že umožňuje takmer{0}}čistú{1}}tvarovú výrobu geometrií, ktoré by boli nepraktické na obrábanie. ABIS Mold Technology využila túto schopnosť v sektoroch vyžadujúcich komplexné komponenty s vysokou{3}}tvrdosťou, najmä v automobilovom, leteckom a kozmickom priemysle a v aplikáciách priemyselných nástrojov. Keď ruský klient v roku 2023 navštívil naše zariadenie v Shenzhene, aby zhodnotil výrobné linky MIM, diskusia sa sústredila práve na tento bod: MIM dokáže dodať diely M4 a T15 s hustotou presahujúcou 96 % teoretickej hodnoty, hodnotami tvrdosti dosahujúcimi 63 – 65 HRC po tepelnom spracovaní a rozmerovou opakovateľnosťou naprieč objemami výroby.

 Spekacie okno

Primárny problém s rýchloreznou oceľou MIM spočíva v tom, čo priemysel nazýva „okno spekania“-prípustný teplotný rozsah, ktorý vytvára prijateľnú hustotu bez spôsobenia degradácie mikroštruktúry. Pre oceľ M2 s obsahom uhlíka 0,85 % je toto okno približne 13 stupňov (od 1245 stupňov do 1258 stupňov). Mimo tohto rozsahu dochádza buď k nedostatočnému zhutneniu, alebo sa na hraniciach zŕn vytvára nadbytočná kvapalná fáza, čím sa vytvárajú karbidové filmy, ktoré pri zaťažení slúžia ako cesty šírenia trhlín.

Táto úzka tolerancia vyžaduje systémy pecí s viac{0}}zónovou reguláciou teploty a presným riadením atmosféry. ABIS prevádzkuje zariadenie na vákuové spekanie s grafitom-vyloženými horúcimi zónami, ktoré zachovávajú uhlíkový potenciál potrebný na zabránenie oduhličeniu. Naše certifikačné procesy ISO 9001 a IATF 16949 vyžadujú dokumentáciu profilov spekania pre každú výrobnú dávku s overením obsahu uhlíka na vzorkách z každej šarže.

Oceľ T15 predstavuje o niečo viac zhovievavú situáciu. Vyšší obsah vanádu (približne 4,6 %) produkuje karbidy typu MC-, ktoré počas spekania pôsobia ako činidlá na hranici zŕn. Výskum publikovaný Kar et al. (1993) demonštrovali, že T15 môže byť spekaný v teplotnom rozsahu 55 stupňov v dusíkovej-vodíkovej atmosfére, v porovnaní s menej ako 20 stupňami pre M2 za podobných podmienok. Keď zákazníci požadujú maximálnu odolnosť proti opotrebovaniu pre aplikácie, ako sú rezné doštičky alebo tvarovacie nástroje, často odporúčame T15 pre jeho procesnú stabilitu, ako aj pre jeho mechanické vlastnosti.

 Úvahy o surovinách a viazaní

Plynom-atomizované vysokorýchlostné-prášky ocele sa pri príprave suroviny správajú podobne ako nehrdzavejúca oceľ 316L a 17-4PH. Typické hodnoty D90 18-24 μm umožňujú pevné náplne 60-67 % objemu pomocou voskových-polymérov alebo spojivových systémov na báze polyacetálu. Sférická morfológia plynom atomizovaných častíc vytvára reologické charakteristiky vhodné pre tenkostenné vstrekovanie s minimálnou tvorbou tryskových alebo zvarových línií.

Debinding predstavuje najvýznamnejšiu výzvu na kontrolu uhlíka. Atmosféra čistého vodíka spôsobuje dekarbonizáciu, zatiaľ čo inertná atmosféra môže viesť k zvyškovému uhlíku z neúplného vyhorenia spojiva. Priemyselná prax sa priblížila k zmiešanej atmosfére 5-25 % vodíka v dusíku, aj keď niektoré zariadenia používajú počas predspekania zmesi CO/CO₂ alebo CH4/H₂ na prísnejšie riadenie uhlíka. Termogravimetrická analýza rozkladu spojiva vo výrobnej atmosfére zostáva nevyhnutná pre stanovenie vhodných tepelných profilov.

 Tepelné spracovanie a konečné vlastnosti

Časti z rýchloreznej ocele MIM{0}} možno tepelne spracovať za rovnakých podmienok ako konvenčne spracované materiály. Ošetrenie soľným kúpeľom pri 1177-1205 stupňoch s následným ochladením na 579-593 stupňov vytvára konzistentnú transformáciu na martenzit. Dvojité alebo trojité popúšťanie pri 538-566 stupňoch znižuje zadržaný austenit a maximalizuje tvrdosť.

 Praktické aplikácie

Ekonomika výroby rýchloreznej ocele MIM-uprednostňuje stredné-až{2}}veľkoobjemové aplikácie so zložitými geometriami. Na výstave Chinaplas 2023 v Shenzhene, kde spoločnosť ABIS demonštrovala naše riešenia presnej výroby, sa niekoľko účastníkov konkrétne pýtalo na komponenty nástrojov MIM pre automatizované montážne zariadenia. Tieto aplikácie zvyčajne zahŕňajú malé diely (do 50 gramov) s funkciami, ako sú vnútorné chladiace kanály, podrezanie alebo tenké časti, ktoré by vyžadovali viacnásobné obrábanie z pevného materiálu.

Súčasné komerčné aplikácie zahŕňajú mikro vrtáky na výrobu elektroniky, komponenty hodiniek vyžadujúce estetickú úpravu aj odolnosť proti opotrebeniu a presné prevody pre medicínske zariadenia, kde nehrdzavejúca oceľ 17-4PH nemôže spĺňať požiadavky na tvrdosť. Príplatok za materiálové náklady oproti nerezovej oceli MIM je kompenzovaný zníženým sekundárnym obrábaním a elimináciou drahých nástrojových ocelí, ktoré by inak skončili ako triesky.