Oțelul rapid-poate fi turnat prin injecție de metal?

Răspunsul scurt este da, dar procesul necesită precizie care separă facilitățile MIM experimentate de restul. Oțelurile pentru scule de mare viteză-cum ar fi M2, M4, T15 și M42 au fost produse cu succes prin turnare prin injecție de pulbere de la sfârșitul anilor 1990, după decenii de dezvoltare în metalurgia pulberilor. Tehnologia permite producătorilor să producă unelte de tăiere complexe, roți dințate de precizie și componente rezistente la uzură-care altfel ar necesita prelucrare extinsă din stocul de bare forjate.

 De ce să luați în considerare MIM pentru oțel-de mare viteză?

Turnarea tradițională în lingouri a oțelurilor pentru scule produce segregare în timpul solidificării, rezultând precipitate mari de carbură care formează striații longitudinale în timpul lucrului la cald. În 1960, cercetătorii de la Crucible Steel au demonstrat că atomizarea oțelului pentru scule în pulbere și consolidarea acestuia prin presare izostatică la cald (HIP) ar putea elimina complet această segregare. Microstructura rezultată a arătat carburi fin dispersate cu tenacitate îmbunătățită semnificativ în comparație cu materialul turnat cu compoziție identică.

Turnarea prin injecție a metalului duce acest lucru mai departe, permițând producerea de forme apropiate-nete- de geometrii care nu ar fi practic pentru mașină. ABIS Mold Technology a aplicat această capacitate în sectoarele care necesită componente complexe de duritate mare-, în special în aplicațiile de scule auto, aerospațiale și industriale. Când un client rus a vizitat instalația noastră din Shenzhen în 2023 pentru a evalua liniile de producție MIM, discuția s-a concentrat tocmai pe acest punct: MIM poate livra piese M4 și T15 cu densități care depășesc 96% din teoretic, valori de duritate care ajung la 63-65 HRC după tratamentul termic și repetabilitate dimensională în volumele de producție.

 Fereastra de sinterizare

Dificultatea principală cu-oțelul MIM de mare viteză constă în ceea ce industria numește „fereastră de sinterizare”-intervalul de temperatură permis care produce o densitate acceptabilă fără a provoca degradarea microstructurală. Pentru oțelul M2 cu conținut de carbon de 0,85%, această fereastră este de aproximativ 13 grade (de la 1245 la 1258 grade). În afara acestui interval, fie apare o densificare insuficientă, fie se formează fază lichidă în exces la granițele granulelor, creând pelicule de carbură care servesc drept căi de propagare a fisurilor sub sarcină.

Această toleranță îngustă necesită sisteme de cuptoare cu control al temperaturii în mai multe-zone și management precis al atmosferei. ABIS operează echipamente de sinterizare în vid cu zone fierbinți căptușite cu grafit-care mențin potențialul de carbon necesar pentru a preveni decarburarea. Procesele noastre de certificare ISO 9001 și IATF 16949 impun documentarea profilurilor de sinterizare pentru fiecare lot de producție, cu verificarea conținutului de carbon pe mostre din fiecare lot.

Oțelul T15 prezintă o situație ceva mai îngăduitoare. Conținutul mai mare de vanadiu (aproximativ 4,6%) produce carburi de tip MC-care acționează ca agenți de fixare a granițelor în timpul sinterizării. Cercetarea publicată de Kar și colab. (1993) au demonstrat că T15 poate fi sinterizat într-un interval de temperatură de 55 de grade în atmosfere de azot-hidrogen, comparativ cu mai puțin de 20 de grade pentru M2 în condiții similare. Atunci când clienții solicită rezistență maximă la uzură pentru aplicații precum inserții de tăiere sau matrițe de formare, recomandăm adesea T15 pentru stabilitatea procesului, la fel de mult ca și proprietățile sale mecanice.

 Considerații privind materia primă și de legare

Pulberile de oțel-atomizate cu gaz-de mare viteză se comportă în mod similar cu oțelul inoxidabil 316L și 17-4PH la prepararea materiei prime. Valorile tipice D90 de 18-24 μm permit încărcări solide de 60-67% în volum cu sisteme de liant pe bază de polimer-ceară sau poliacetal. Morfologia sferică a particulelor atomizate cu gaz produce caracteristici reologice adecvate pentru injecția cu pereți subțiri cu jet sau formare minimă a liniilor de sudură.

Delegarea prezintă cea mai importantă provocare de control al carbonului. Atmosfera de hidrogen pur provoacă decarburare, în timp ce atmosferele inerte pot avea ca rezultat carbon rezidual din arderea incompletă a liantului. Practica industriei a convergit spre atmosfere mixte cu 5-25% hidrogen în azot, deși unele instalații folosesc amestecuri CO/CO₂ sau CH₄/H2 în timpul presinterizării pentru un management mai strict al carbonului. Analiza termogravimetrică a descompunerii liantului în atmosfera de producție rămâne esențială pentru determinarea profilelor termice adecvate.

 Tratament termic și proprietăți finale

Piesele din oțel-de mare viteză MIM pot fi tratate termic folosind aceleași condiții ca materialul prelucrat în mod convențional. Tratamentul în baie cu sare la 1177-1205 grade, urmat de stingerea la 579-593 grade, produce o transformare consistentă în martensită. Călirea dublă sau triplă la 538-566 de grade reduce austenita reținută și maximizează duritatea.

 Aplicații practice

Economia de producție a oțelului de mare-viteză MIM favorizează aplicațiile de volum mediu-și-cu geometrii complexe. La expoziția Chinaplas din 2023 de la Shenzhen, unde ABIS a demonstrat soluțiile noastre de producție de precizie, mai mulți participanți s-au întrebat în mod special despre componentele de scule MIM pentru echipamente de asamblare automată. Aceste aplicații implică în mod obișnuit piese mici (sub 50 de grame) cu caracteristici precum canale de răcire interne, decupări sau secțiuni subțiri care ar necesita operațiuni multiple de prelucrare din material solid.

Aplicațiile comerciale actuale includ micro burghie pentru fabricarea de electronice, componente de ceas care necesită atât finisaj estetic, cât și rezistență la uzură și angrenaje de precizie pentru dispozitive medicale în care oțelul inoxidabil 17-4PH nu poate îndeplini cerințele de duritate. Costul superior al materialului față de oțelul inoxidabil MIM este compensat de prelucrarea secundară redusă și eliminarea oțelurilor scumpe pentru scule, care altfel ar ajunge ca așchii.