Bisakah Baja Berkecepatan Tinggi-Dibentuk dengan Injeksi Logam?

Jawaban singkatnya adalah ya, namun prosesnya menuntut ketelitian yang membedakan fasilitas MIM berpengalaman dari yang lain. Baja perkakas-berkecepatan tinggi seperti M2, M4, T15, dan M42 telah berhasil diproduksi melalui cetakan injeksi serbuk sejak akhir tahun 1990an, setelah puluhan tahun pengembangan dalam metalurgi serbuk. Teknologi ini memungkinkan produsen memproduksi alat pemotong yang rumit, roda gigi yang presisi, dan-komponen tahan aus yang memerlukan pemesinan ekstensif dari batangan batangan tempa.

 Mengapa Mempertimbangkan MIM untuk-Baja Berkecepatan Tinggi?

Pengecoran ingot tradisional pada baja perkakas menghasilkan segregasi selama pemadatan, menghasilkan endapan karbida besar yang membentuk lekukan memanjang selama pengerjaan panas. Pada tahun 1960, para peneliti di Crucible Steel menunjukkan bahwa atomisasi baja perkakas menjadi bubuk dan mengkonsolidasikannya melalui pengepresan isostatik panas (HIP) dapat menghilangkan segregasi ini sepenuhnya. Struktur mikro yang dihasilkan menunjukkan karbida yang terdispersi halus dengan ketangguhan yang meningkat secara signifikan dibandingkan bahan cor dengan komposisi yang sama.

Cetakan injeksi logam mengambil langkah lebih jauh dengan memungkinkan produksi geometri dengan bentuk yang hampir-net-yang tidak praktis untuk mesin. Teknologi Cetakan ABIS telah menerapkan kemampuan ini di berbagai sektor yang memerlukan komponen-kekerasan tinggi yang kompleks, khususnya dalam aplikasi otomotif, ruang angkasa, dan perkakas industri. Ketika klien asal Rusia mengunjungi fasilitas kami di Shenzhen pada tahun 2023 untuk mengevaluasi lini produksi MIM, diskusi berpusat pada poin ini: MIM dapat mengirimkan suku cadang M4 dan T15 dengan kepadatan melebihi 96% dari teori, nilai kekerasan mencapai 63-65 HRC setelah perlakuan panas, dan kemampuan pengulangan dimensi di seluruh volume produksi.

 Jendela Sintering

Kesulitan utama dengan-MIM baja berkecepatan tinggi terletak pada apa yang oleh industri disebut sebagai "jendela sintering"-kisaran suhu yang diijinkan yang menghasilkan kepadatan yang dapat diterima tanpa menyebabkan degradasi struktur mikro. Untuk baja M2 dengan kandungan karbon 0,85%, jendela ini kira-kira 13 derajat (dari 1245 derajat hingga 1258 derajat ). Di luar kisaran ini, terjadi densifikasi yang tidak mencukupi atau kelebihan fase cair terbentuk pada batas butir, menciptakan lapisan karbida yang berfungsi sebagai jalur perambatan retak di bawah beban.

Toleransi yang sempit ini memerlukan sistem tungku dengan kontrol suhu multi-zona dan pengelolaan atmosfer yang tepat. ABIS mengoperasikan peralatan sintering vakum dengan zona panas berlapis grafit yang mempertahankan potensi karbon yang diperlukan untuk mencegah dekarburisasi. Proses sertifikasi ISO 9001 dan IATF 16949 kami mewajibkan dokumentasi profil sintering untuk setiap lot produksi, dengan verifikasi kandungan karbon pada sampel dari setiap batch.

Baja T15 menghadirkan situasi yang lebih memaafkan. Kandungan vanadium yang lebih tinggi (kira-kira 4,6%) menghasilkan karbida tipe MC-yang bertindak sebagai bahan pengikat batas butir selama sintering. Penelitian yang dipublikasikan oleh Kar et al. (1993) menunjukkan bahwa T15 dapat disinter pada kisaran suhu 55 derajat di atmosfer nitrogen-hidrogen, dibandingkan dengan suhu kurang dari 20 derajat untuk M2 dalam kondisi serupa. Ketika pelanggan memerlukan ketahanan aus maksimum untuk aplikasi seperti pemotongan sisipan atau pembentukan cetakan, kami sering merekomendasikan T15 karena stabilitas prosesnya dan juga sifat mekanisnya.

 Pertimbangan Bahan Baku dan Pengikatan

Serbuk baja-kecepatan tinggi-yang diatomisasi gas berperilaku serupa dengan baja tahan karat 316L dan 17-4PH dalam persiapan bahan baku. Nilai D90 tipikal sebesar 18-24 μm memungkinkan pemuatan padat sebesar 60-67% volume dengan sistem pengikat berbasis lilin-polimer atau poliasetal. Morfologi bola dari partikel yang diatomisasi gas menghasilkan karakteristik reologi yang sesuai untuk injeksi dinding tipis dengan pengaliran minimal atau pembentukan garis las.

Debinding menghadirkan tantangan pengendalian karbon yang paling signifikan. Atmosfer hidrogen murni menyebabkan dekarburisasi, sedangkan atmosfer inert dapat mengakibatkan sisa karbon dari pembakaran pengikat yang tidak sempurna. Praktik industri telah menyatu pada atmosfer campuran 5-25% hidrogen dalam nitrogen, meskipun beberapa fasilitas menggunakan campuran CO/CO₂ atau CH₄/H₂ selama presintering untuk pengelolaan karbon yang lebih ketat. Analisis termogravimetri dekomposisi pengikat di atmosfer produksi tetap penting untuk menentukan profil termal yang tepat.

 Perlakuan Panas dan Sifat Akhir

Bagian baja-berkecepatan tinggi MIM dapat diberi perlakuan panas menggunakan kondisi yang sama seperti material yang diproses secara konvensional. Perlakuan rendaman garam pada suhu 1177-1205 derajat diikuti dengan pendinginan hingga suhu 579-593 derajat menghasilkan transformasi yang konsisten menjadi martensit. Temper ganda atau tiga kali lipat pada 538-566 derajat mengurangi sisa austenit dan memaksimalkan kekerasan.

 Aplikasi Praktis

Keekonomian produksi baja-kecepatan tinggi MIM mendukung aplikasi volume-hingga-tinggi dengan geometri yang kompleks. Pada pameran Chinaplas 2023 di Shenzhen, di mana ABIS mendemonstrasikan solusi manufaktur presisi kami, beberapa peserta menanyakan secara khusus tentang komponen perkakas MIM untuk peralatan perakitan otomatis. Aplikasi ini biasanya melibatkan komponen kecil (di bawah 50 gram) dengan fitur seperti saluran pendingin internal, undercut, atau bagian tipis yang memerlukan beberapa operasi pemesinan dari stok padat.

Aplikasi komersial saat ini mencakup mata bor mikro untuk manufaktur elektronik, komponen jam tangan yang memerlukan penyelesaian estetis dan ketahanan aus, serta roda gigi presisi untuk perangkat medis yang baja tahan karat 17-4PH tidak dapat memenuhi persyaratan kekerasan. Biaya material yang lebih tinggi dibandingkan MIM baja tahan karat diimbangi dengan pengurangan pemesinan sekunder dan penghapusan baja perkakas mahal yang jika tidak akan berakhir menjadi serpihan.