Чи можна-швидкорізальну сталь формувати під тиском?

Коротка відповідь: так, але процес вимагає точності, яка відрізняє досвідчені засоби МІМ від інших. Швидкорізальні інструментальні сталі, такі як M2, M4, T15 і M42, успішно виготовляються за допомогою порошкового лиття під тиском з кінця 1990-х років після десятиліть розвитку порошкової металургії. Ця технологія дає змогу виробникам виготовляти складні ріжучі інструменти, прецизійні зубчасті колеса та зносостійкі-компоненти, які в іншому випадку вимагали б інтенсивної механічної обробки з кованого прутка.

 Навіщо використовувати MIM для-швидкорізальної сталі?

Традиційне лиття в злитки інструментальних сталей викликає поділ під час затвердіння, що призводить до великих виділень карбіду, які утворюють поздовжні смуги під час гарячої обробки. У 1960 році дослідники з Crucible Steel продемонстрували, що розпилення інструментальної сталі в порошок і консолідація її за допомогою гарячого ізостатичного пресування (HIP) може повністю усунути цю сегрегацію. Отримана мікроструктура показала тонкодисперсні карбіди зі значно покращеною в'язкістю порівняно з литим матеріалом ідентичного складу.

Лиття під тиском металу розширює це, забезпечуючи майже{0}}чисту-форму геометрії, яку було б непрактично обробляти машиною. Технологія ABIS Mold Technology застосовує цю можливість у секторах, де потрібні складні високо-компоненти твердості, зокрема в автомобільній, аерокосмічній та промисловій техніці. Коли російський клієнт відвідав наш завод у Шеньчжені у 2023 році, щоб оцінити виробничі лінії MIM, дискусія була зосереджена саме на цьому: MIM може постачати деталі M4 і T15 із щільністю, що перевищує 96% від теоретичної, значенням твердості, що досягає 63-65 HRC після термічної обробки, і повторюваністю розмірів у всіх обсягах виробництва.

 Вікно спікання

Основна проблема з -швидкорізальною сталлю MIM полягає в тому, що промисловість називає «вікном спікання»-допустимим температурним діапазоном, який забезпечує прийнятну щільність без погіршення мікроструктури. Для сталі M2 із вмістом вуглецю 0,85% це вікно становить приблизно 13 градусів (від 1245 градусів до 1258 градусів). За межами цього діапазону відбувається або недостатнє ущільнення, або утворюється надлишок рідкої фази на границях зерен, створюючи карбідні плівки, які служать шляхами поширення тріщин під навантаженням.

Цей вузький допуск вимагає систем печі з багато-зональним контролем температури та точним керуванням атмосферою. Компанія ABIS використовує обладнання для вакуумного спікання з гарячими зонами з-графітовим покриттям, які зберігають потенціал вуглецю, необхідний для запобігання декарбюрізації. Наші процеси сертифікації ISO 9001 і IATF 16949 вимагають документування профілів спікання для кожної виробничої партії з перевіркою вмісту вуглецю в зразках із кожної партії.

Сталь T15 представляє дещо більш пробачливу ситуацію. Вищий вміст ванадію (приблизно 4,6%) утворює карбіди типу MC-, які під час спікання діють як закріплювачі меж зерен. Дослідження, опубліковані Kar et al. (1993) продемонстрували, що T15 можна спекати в температурному діапазоні 55 градусів в атмосфері азоту-водню, порівняно з менш ніж 20 градусами для M2 за аналогічних умов. Коли замовникам потрібна максимальна зносостійкість для таких застосувань, як ріжучі пластини або формувальні матриці, ми часто рекомендуємо T15 як для його стабільності процесу, так і для його механічних властивостей.

 Вихідна сировина та міркування щодо розв’язування

Порошок-швидкорізальної-сталі, розпиленої газом, поводиться подібно до нержавіючої сталі 316L і 17-4PH під час підготовки вихідної сировини. Типові значення D90 18-24 мкм дозволяють тверді навантаження 60-67% за об’ємом із сполучними системами на основі воску-полімеру або поліацеталю. Сферична морфологія частинок, розпилених газом, створює реологічні характеристики, придатні для впорскування в тонкі стінки з мінімальним струменем або формуванням лінії зварювання.

Видалення зв’язування є найбільш серйозною проблемою контролю вуглецю. Атмосфера чистого водню викликає зневуглецювання, тоді як інертна атмосфера може призвести до залишкового вуглецю внаслідок неповного вигорання зв’язуючого. Практика промисловості схиляється до змішаних атмосфер із вмістом водню в азоті 5-25%, хоча деякі підприємства використовують суміші CO/CO₂ або CH₄/H₂ під час попереднього спікання для більш точного управління вуглецем. Термогравіметричний аналіз розкладання в'яжучого в виробничій атмосфері залишається важливим для визначення відповідних теплових профілів.

 Термічна обробка та кінцеві властивості

Деталі зі -швидкорізальної сталі MIM можна термічно обробити за тих самих умов, що й традиційний матеріал. Обробка соляною ванною при 1177-1205 градусах з подальшим гартуванням до 579-593 градусів забезпечує послідовне перетворення в мартенсит. Подвійний або потрійний відпуск при 538-566 градусах зменшує залишковий аустеніт і максимізує твердість.

 Практичні застосування

Економіка виробництва швидкорізальної-сталі MIM надає перевагу середнім{1}}-застосуванням із складною геометрією. На виставці Chinaplas 2023 у Шеньчжені, де ABIS продемонструвала наші прецизійні виробничі рішення, кілька відвідувачів запитували саме про інструментальні компоненти MIM для автоматизованого монтажного обладнання. Ці програми зазвичай включають невеликі деталі (менше 50 грамів) із такими функціями, як внутрішні канали охолодження, підрізи або тонкі секції, які вимагають кількох операцій механічної обробки з твердого матеріалу.

Поточні комерційні застосування включають мікросвердла для виробництва електроніки, компоненти годинників, які вимагають як естетичної обробки, так і зносостійкості, а також прецизійні шестерні для медичних пристроїв, де нержавіюча сталь 17-4PH не відповідає вимогам щодо твердості. Зниження вартості матеріалу в порівнянні з нержавіючої сталлю MIM компенсується скороченням вторинної механічної обробки та усуненням дорогої інструментальної сталі, яка в іншому випадку залишилася б у вигляді стружки.