آیا فولاد پرسرعت-می‌تواند با تزریق فلز قالب‌گیری شود؟
پاسخ کوتاه بله است، اما این فرآیند نیازمند دقت است که امکانات با تجربه MIM را از بقیه جدا می کند. فولادهای ابزار با سرعت بالا مانند M2، M4، T15 و M42 از اواخر دهه 1990، پس از دهه‌ها توسعه در متالورژی پودر، با موفقیت از طریق قالب‌گیری تزریقی پودر تولید شدند. این فناوری تولیدکنندگان را قادر می‌سازد تا ابزارهای برش پیچیده، چرخ دنده‌های دقیق و اجزای مقاوم در برابر سایش تولید کنند که در غیر این صورت نیاز به ماشینکاری گسترده از میله‌های فرفورژه دارند.
چرا MIM را برای فولاد سریع-در نظر بگیرید؟
ریخته‌گری شمش‌های سنتی فولادهای ابزار، جداسازی را در طول انجماد ایجاد می‌کند و در نتیجه رسوب‌های کاربید بزرگی ایجاد می‌کند که در حین کار گرم، رگه‌های طولی تشکیل می‌دهند. در سال 1960، محققان در Crucible Steel نشان دادند که اتمیزه کردن فولاد ابزار به پودر و یکپارچه سازی آن از طریق فشار ایزواستاتیک داغ (HIP) می تواند این جداسازی را به طور کامل از بین ببرد. ریزساختار حاصل کاربیدهای ریز پراکنده با چقرمگی قابل توجهی بهبود یافته در مقایسه با مواد ریخته‌گری با ترکیب یکسان نشان داد.
قالب‌گیری تزریقی فلز با ایجاد امکان تولید تقریباً{0}}شکل-هندسه‌ای که برای ماشین غیرعملی است، این کار را بیشتر می‌کند. فناوری ABIS Mold این قابلیت را در بخش‌هایی که نیازمند اجزای پیچیده سختی{3}}بالا هستند، به‌ویژه در خودروسازی، هوافضا، و کاربردهای ابزار صنعتی به کار برده است. هنگامی که یک مشتری روسی در سال 2023 از تاسیسات شنژن ما بازدید کرد تا خطوط تولید MIM را ارزیابی کند، بحث دقیقاً بر این نکته متمرکز شد: MIM می‌تواند قطعات M4 و T15 را با تراکم بیش از 96 درصد تئوری، مقادیر سختی پس از عملیات حرارتی به 63-65 HRC و قابلیت تکرار ابعادی در حجم‌های تولید تحویل دهد.
پنجره زینترینگ
مشکل اصلی با-فولاد با سرعت بالا MIM در چیزی است که صنعت "پنجره تف جوشی"-محدوده دمای مجاز می نامد که چگالی قابل قبولی را بدون ایجاد تخریب ریزساختاری ایجاد می کند. برای فولاد M2 با محتوای کربن 0.85 درصد، این پنجره تقریباً 13 درجه است (از 1245 درجه تا 1258 درجه). خارج از این محدوده، یا چگالی ناکافی رخ می دهد یا فاز مایع اضافی در مرزهای دانه تشکیل می شود و لایه های کاربید ایجاد می کند که به عنوان مسیرهای انتشار ترک تحت بار عمل می کنند.
این تحمل محدود به سیستم‌های کوره‌ای با کنترل دمای چند ناحیه‌ای و مدیریت دقیق جو نیاز دارد. ABIS تجهیزات تف جوشی در خلاء را با مناطق داغ با پوشش گرافیتی- کار می کند که پتانسیل کربن لازم برای جلوگیری از کربن زدایی را حفظ می کند. فرآیندهای صدور گواهینامه ISO 9001 و IATF 16949 ما، مستندسازی پروفیل های تف جوشی را برای هر قطعه تولید، با تأیید محتوای کربن در نمونه های هر دسته، الزامی می کند.
فولاد T15 وضعیت تا حدودی بخشنده تری را ارائه می دهد. محتوای بیشتر وانادیم (تقریباً 4.6٪) کاربیدهای نوع MC{3}} تولید می کند که به عنوان عوامل سنجاق مرز دانه در طول پخت عمل می کنند. تحقیقات منتشر شده توسط کار و همکاران. (1993) نشان داد که T15 می تواند در محدوده دمایی 55 درجه در اتمسفرهای نیتروژن{9}در مقایسه با کمتر از 20 درجه برای M2 در شرایط مشابه، تف جوشی شود. هنگامی که مشتریان به حداکثر مقاومت در برابر سایش برای کاربردهایی مانند برش درج یا قالب‌بندی نیاز دارند، ما اغلب T15 را برای پایداری فرآیند و خواص مکانیکی آن توصیه می‌کنیم.
مواد اولیه و ملاحظات قطعی
پودرهای فولادی با سرعت بالا{0}}اتمیزه شده{1}} گازی در تهیه مواد اولیه مشابه فولاد ضد زنگ 316 لیتر و 17-4PH عمل می‌کنند. مقادیر معمول D90 18-24 میکرومتر اجازه بارگذاری جامد 60-67 درصد حجمی را با موم-پلیمر یا سیستم‌های چسبنده مبتنی بر پلی استال می‌دهد. مورفولوژی کروی ذرات اتمیزه شده با گاز ویژگی های رئولوژیکی مناسب برای تزریق دیواره نازک با حداقل جت یا تشکیل خط جوش ایجاد می کند.
Debinding مهم ترین چالش کنترل کربن را ارائه می دهد. اتمسفرهای هیدروژن خالص باعث کربن زدایی می شوند، در حالی که اتمسفرهای بی اثر می توانند کربن باقیمانده از فرسودگی ناقص بایندر ایجاد کنند. عمل صنعت بر روی اتمسفرهای مخلوط 5-25٪ هیدروژن در نیتروژن همگرا شده است، اگرچه برخی از تأسیسات از مخلوط های CO/CO2 یا CH4/H2 در طول پیش زینتی برای مدیریت کربن سخت تر استفاده می کنند. تجزیه و تحلیل حرارتی تجزیه بایندر در جو تولید برای تعیین پروفایل های حرارتی مناسب ضروری است.
عملیات حرارتی و خواص نهایی
قطعات فولادی با سرعت بالا{0}}MIM را می‌توان با استفاده از شرایط مشابه مواد فرآوری‌شده معمولی تحت عملیات حرارتی قرار داد. درمان حمام نمک در 1177-1205 درجه و به دنبال آن خاموش کردن تا 579-593 درجه باعث تبدیل مداوم به مارتنزیت می شود. تمپر دوگانه یا سه گانه در 538-566 درجه آستنیت باقی مانده را کاهش می دهد و سختی را به حداکثر می رساند.
"تست در تاسیسات ما تایید کرد که عملیات حرارتی خلاء MIM T15 به سختی انبوه 61.5 HRC با تبدیل میکروسختی Knoop به 64.5 HRC دست می یابد."
- نتایج آزمایشگاه
تست سایش بر اساس پروتکل اصلاح‌شده ASTM G65-94 نشان داد که T15 و M4 عملکرد بهتری از M42 دارند، با نمونه‌های تیمار شده با حمام نمک مقاومت به سایش کمی بهتر از نمونه‌های تیمار شده در خلاء نشان دادند.
کاربردهای عملی
ویژگی 01
ابزارآلات صنعتی
ویژگی 02
چرخ دنده های دقیق
ویژگی 03
اجزای میکرو
اقتصاد تولید فولاد سرعت بالا MIM-به نفع کاربردهای با حجم متوسط-تا-با هندسه پیچیده است. در نمایشگاه Chinaplas 2023 در شنژن، جایی که ABIS راه حل های تولید دقیق ما را به نمایش گذاشت، چندین شرکت کننده به طور خاص در مورد اجزای ابزار MIM برای تجهیزات مونتاژ خودکار سؤال کردند. این برنامه‌ها معمولاً شامل قطعات کوچک (زیر 50 گرم) با ویژگی‌هایی مانند کانال‌های خنک‌کننده داخلی، برش‌ها یا بخش‌های نازک می‌شوند که به چندین عملیات ماشینکاری از استوک جامد نیاز دارند.
کاربردهای تجاری کنونی شامل مته های میکرو برای تولید لوازم الکترونیکی، اجزای ساعت که هم به زیبایی ظاهری و هم مقاومت در برابر سایش نیاز دارند، و چرخ دنده های دقیق برای دستگاه های پزشکی که فولاد ضد زنگ 17-4PH نمی تواند الزامات سختی را برآورده کند، می باشد. حق بیمه هزینه مواد نسبت به MIM فولاد ضد زنگ با کاهش ماشینکاری ثانویه و حذف فولادهای ابزار گران قیمت که در غیر این صورت به تراشه ختم می شوند، جبران می شود.
نتیجه گیری
فولاد با سرعت بالا MIM یک قابلیت تخصصی است که نیازمند نظم و انضباط فرآیندی فراتر از تولید فولاد ضد زنگ معمولی است. پنجره های باریک تف جوشی، الزامات کنترل کربن و پروتکل های عملیات حرارتی دقیق به تجهیزات و تخصص نیاز دارند که هر امکاناتی نمی تواند ارائه دهد. برای تیم‌های مهندسی که ارزیابی می‌کنند که آیا MIM برای کاربرد فولاد با سرعت بالا{3}}شان مناسب است، تصمیم معمولاً به پیچیدگی هندسه و حجم تولید بستگی دارد. هنگامی که هر دو عامل به نفع MIM هستند، این فناوری اجزایی را با خواصی مشابه یا فراتر از فولاد ابزار فرآوری شده معمولی با هزینه رقابتی ارائه می‌کند.