Maraging-teräsopas: Laadut, ominaisuudet, sovellukset ja CNC-työstö

Maraging-teräs on merkittävä seos, jolla on poikkeuksellisen suuri lujuus ja sitkeys. Sen nikkelipitoisuus on 17–19 %. Toisin kuin muut terässeokset, jotka saavat lujuutensa hiilipitoisuudesta, maraging-teräs saa lujuutensa martensiittitilan ja ikääntymisen kautta. Insinööreille, jotka etsivät erittäin lujaa terästä CNC-osiin, on tärkeää oppia maraging-teräksestä, koska se on ihanteellinen materiaali CNC-työstöön. Tämä opas auttaa heitä tekemään viisaan päätöksen materiaalia valitessaan. Tämä opas selittää maraging-terästen laatuluokat, ominaisuudet, sovellukset ja CNC-työstöyn liittyvät näkökohdat, jotta voit tehdä viisaan päätöksen materiaalia valitessaan.

Mitä on maraging-teräs?

Kuten aiemmin mainittiin, maraging-teräs on nikkelipohjainen terässeos, jonka hiilipitoisuus on alhainen. Se tunnetaan erinomaisesta lujuudestaan, sitkeydestään ja korkeasta lujuus-painosuhteestaan. Nimi "maraging" tulee martensiittivanhennuksesta, prosessista, jossa seos saa lujuutta erkautuskarkenemisen kautta martensiittisen rakenteen muodostumisen jälkeen. Mutta mikä tekee MS-teräksestä niin lujan: nikkeli, alhainen hiilipitoisuus vai muut seosaineet?

Mikä tekee maraging-teräksestä niin vahvan?

Perinteiset teräkset ovat kovuudeltaan riippuvaisia ​​hiilipitoisuudesta. Mutta maraging-teräkset eivät ole. MS-teräksissä on alhainen hiilipitoisuus ja ainutlaatuisia nikkelin, koboltin, molybdeenin ja titaanin yhdistelmiä. Seos saa todellisen lujuutensa ainutlaatuisen käsittelyn ansiosta. Aluksi maraging-seos jäähdytetään nopeasti, jolloin muodostuu martensiittia.

Nyt se altistetaan matalan lämpötilan lämpökäsittelylle. Alkuaineet, kuten molybdeeni, titaani ja nikkeli, muodostavat hienojakoisia saostumia martensiittiseen matriisiin. Tämä tekee matriisista tiheämmän, kovemman ja lujemman. Nämä hienojakoiset saostumat vahvistavat matriisia ja ovat seoksen suuren lujuuden tärkein syy.

Miksi maraging-terästä käytetään laajalti?

Edellä mainittu maraging-seoksen korkea vetolujuus (2400 MPa) yhdistettynä alhaiseen haurauteen ja helppoon hitsattavuuteen mahdollistaa sen käytön korkean suorituskyvyn omaavissa konepajateollisuuden sovelluksissa.

Maraging-teräksen kemiallinen koostumus

Ainutlaatuisen vetolujuutensa perusteella maraging-teräs luokitellaan edelleen laatulujuuksiin, kuten C250, C300 ja C350. Tässä käsittelemme maraging-teräksen, C300, kemiallista koostumusta. Seuraava taulukko havainnollistaa maraging-teräksen kemiallista koostumusta:

Miksi vähähiilinen on tärkeää

Teräksen hiilipitoisuuden vähentäminen vaikuttaa merkittävästi sen kokonaisominaisuuksiin. Kuten maraging-teräksessä, karbidiverkkoja ei muodostu, mikä aiheuttaa haurautta. Tämän verkon tilalle muodostuu martensiittinen matriisi, joka vastaa suuresta lujuudesta. Alhainen hiilipitoisuus tekee myös sen hitsattavuuden ja vanhenemisen helpoksi, koska teräs pysyy pehmeänä ja sitkeänä ennen lämpökäsittelyä.

Maraging-teräksen mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet

Maraging-teräksellä on ainutlaatuisia fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia, kuten korkea vetolujuus ja sitkeys. Nämä ominaisuudet tekevät siitä sopivan korkean suorituskyvyn sovelluksiin asianmukaisen vanhentamiskäsittelyn jälkeen; sen ominaisuudet paranevat entisestään matriisien välisten saostumien muodostumisen ansiosta. Tässä käsittelemme maraging-teräksen fysikaalisia ja mekaanisia ominaisuuksia.

Fyysiset ominaisuudet

Maraging-teräksen fysikaalisilla ominaisuuksilla on suuri vaikutus sen CNC-työstöön. Tässä taulukossa on koottu Maraging 200 ja 300 -terästen fysikaaliset ominaisuudet.

Tiheys

Maraging-terästä on vaikeampi työstää vanhennetussa muodossa, koska sen kovuus ja lujuus kasvavat merkittävästi vanhentamisen jälkeen. Tämä edellyttää jäykkää asennusta, sopivia leikkaustyökaluja, hallittuja syöttönopeuksia, alhaisempia leikkausnopeuksia ja tehokasta jäähdytysnestettä. CNC-työstö hehkutetussa muodossa on kuitenkin paras vaihtoehto, koska sen kovuus on hehkutetussa muodossa alhainen (jopa 35 HRC).

Hehkutetun muodon työstettävyys on korkea verrattuna vanhennettuun muotoon. Työstön jälkeinen vanhentaminen aiheuttaa 0.05 prosentin kutistumisen. Siksi Tuofalla asiantuntijamme suosittelevat hehkutetun osan koneistamista lähes nettomuotoonsa ja sen jälkeen vanhentamista.

Lämmönjohtokyky

Verrattuna muihin teräksiin, kuten niukkahiiliseen teräkseen, jonka lämmönjohtavuus on 45–50 W/m·K, maraging-teräksellä on alhainen lämmönjohtavuus. Sekä hehkutettuna että vanhennettuna sillä on alhainen lämmönjohtavuus.

Lämpöä syntyy, kun leikkaustyökalu hankaa materiaalin pintaa vasten, mikä puolestaan ​​aiheuttaa lämpöä. Alhaisen lämmönjohtavuuden vuoksi tämä lämpö jää loukkuun, mikä aiheuttaa työkalun kulumista ja vaikeuttaa lastunhallintaa. Siksi koneistuksen aikana tarvitaan korkealaatuista jäähdytysnestettä.

Mekaaniset ominaisuudet

Poikkeukselliset mekaaniset ominaisuudet tekevät maraging-teräksestä käyttökelpoisen vaativissa sovelluksissa. Tässä olemme koonneet vanhennetun maraging-teräksen mekaaniset ominaisuudet:

Erittäin korkea lujuus

Kuten taulukossa mainitaan, maraging-terästä käytetään sen suuren lujuuden ansiosta komponenttien valmistukseen, jotka altistuvat suurelle rasitukselle. Esimerkiksi ilmailuteollisuudessa lentokoneiden laskutelineet valmistetaan maraging-teräksestä. Tällainen korkea lujuus on seurausta martensiitin muodostumisesta ja erkautuslujittumisesta.

Erinomainen murtumiskestävyys

Perinteiset hiilipohjaiset seosteräkset ovat hauraita karbidien muodostumisen vuoksi. Maraging-teräksen hiilipitoisuus on erittäin alhainen, mikä eliminoi karbidien muodostumisen riskin. Maraging-teräksessä Ni-Fe-matriisi on pehmeä ja sitkeä ennen vanhenemista. Siksi sillä on erinomainen murtumissitkeys.

Korkea väsymyskestävyys

Korkean väsymiskestävyyden takaavat sen korkea vetolujuus ja karbidien puute. Tämä mahdollistaa materiaalin syklisen rasituksen kestävyyden. Siksi sitä käytetään jatkuvan rasituksen alaisten komponenttien, esimerkiksi suorituskykyisten akseleiden, valmistukseen.

Hyvä sitkeys

Hyvä venyvyys johtuu sen vähähiilisestä martensiittisesta matriisista, jota lujittavat hienojakoiset erkaumat hauraiden karbidien sijaan. Tällainen matriisi mahdollistaa plastisen muodonmuutoksen ilman ennenaikaista murtumista.

Yleiset maraging-teräslaadut

Kuten aiemmin mainittiin, maraging-teräs on terässeosten luokka, jolla on poikkeuksellinen myötölujuus, kovuus ja sitkeys. Myötölujuuden ja kemiallisen koostumuksen perusteella maraging-teräkset luokitellaan edelleen luokkiin 18Ni(250), 18Ni(300) ja 18Ni(350). Käsittelemme näitä laatuja ja niiden myötölujuuden vaikutusta sovelluksiin tarkemmin seuraavassa. Mutta ennen sitä olemme taulukoineet näiden maraging-seosterästen kemiallisen koostumuksen:

Maraging-teräs 250

Maraging-teräksellä 250 on suhteellisesti alhaisempi vetolujuus kuin 18Ni(300)- ja 18Ni(350)-teräksillä; tämä johtuu alhaisemmasta Co- ja Mo-pitoisuudesta. Samalla sillä on parempi venyvyys kirkkaan, pehmeän martensiittisen rakenteensa ansiosta. Sitä käytetään alueilla, joilla hyvä sitkeys ja venyvyys ovat avainasemassa, kuten ilmailualan laskutelineissä.

Maraging-teräs 300

Maraging-teräs 300 sijoittuu 250- ja 350-laatuisten MS-seosterästen väliin. Sen kovuus on parempi kuin MS 18Ni(250):lla. Jos tarvitset tasapainoa lujuuden ja sitkeyden välillä, valitse maraging-teräs 300 seuraavaan työkaluprojektiisi.

Maraging-teräs 350

Korkeamman koboltti- ja titaanipitoisuuden ansiosta maraging-teräs 350 tarjoaa näistä yleisistä laatulujuudesta parhaan lujuuden, mutta sen venyvyys ja sitkeys ovat alhaisemmat kuin maraging-teräksillä 250 ja 300. Mutta verrattuna muihin alempiin laatuluokkiin sillä on alhaisempi venyvyys. Martensiittinen matriisi muuttuu vähemmän joustavaksi ja loviherkemmäksi. Tämä johtaa pienempään venymään ja alhaisempaan venymään verrattuna alempilujuisiin laatuluokkiin.

Kuinka valita 250, 300 ja 350 välillä

MS-seosteräksen valinta riippuu sen komponenttien erityisestä käyttötarkoituksesta. Sinun on tiedettävä käyttötarkoitus, joko sen lujuus, kovuus tai venyvyys. Sinun on oltava tietoinen ympäristöstä, jossa komponentteja käytetään; esimerkiksi suuren lujuuden ja hyvän väsymiskestävyyden vuoksi suosi C300-terästä.

Olemme koonneet tähän taulukon, joka auttaa sinua ymmärtämään, miten valita kaikkien näiden laatuluokkien välillä.

Mihin maraging-terästä käytetään?

Poikkeuksellisten fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksiensa ansiosta seosterästä käytetään useilla teollisuudenaloilla. Korkean vetolujuutensa ja sitkeytensä ansiosta sitä käytetään ilmailu- ja avaruusteollisuuden komponenttien valmistuksessa . Tässä on lisätietoja sen sovelluksista:

Ilmailun komponentit

Ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, jossa korkea vetolujuus, korkea lujuus-painosuhde, sitkeys ja väsymiskestävyys ovat avainasemassa, materiaalit, kuten maraging-teräs, erottuvat edukseen. Sitä käytetään laskutelineiden ja rakenneosien valmistuksessa. Nämä komponentit ovat jatkuvan rasituksen alaisia; siksi muut hiilipohjaiset teräkset eivät toimi tässä ja niihin voi tulla halkeamia ajan myötä.

Autoteollisuus

Autoteollisuudessa erittäin tarkkoja komponentteja, kuten akseleita ja jousituksen vipuvarsia, valmistetaan Alloy MS -metallista. Muut hiiliteräkset läpikäyvät sammutuksen tai jälkikäsittelyn, joka voi vaikuttaa merkittävästi niiden mittoihin. Maraging-teräs koneistetaan ensin hehkutettuna ja sitten uudelleen. Näin mittaepätarkkuuksia ei esiinny. Formula 1 -komponenteissa käytetään myös sen korkeaa lujuus-painosuhdetta.

Puolustus- ja sotilasteollisuus

Alloy MS tarjoaa epätavallisen yhdistelmän äärimmäistä lujuutta, murtumissitkeyttä, väsymiskestävyyttä ja mittapysyvyyttä. Perinteisillä hiiliteräksillä on vaikeuksia saavuttaa samaan aikaan. Siksi sitä käytetään esimerkiksi ohjusmoottorien koteloiden ja tarkkuusohjauskoteloiden valmistuksessa.

Muotti ja työkalut

Muotti- ja työkaluteollisuuden komponentit vaativat suurta tarkkuutta ja syklisen kuormituksen kestävyyttä. Perinteinen hiiliteräs ei tarjoa molempia. Siksi maraging-terästä käytetään ruiskuvalumuottien keernojen, painevalumuottien sisäosien ja tarkkuusleimasinten valmistukseen muotti- ja jalostusteollisuudessa.

Onko maraging-terästä helppo työstää?

Vastaus tähän kysymykseen piilee maraging-teräksen olomuodossa, onko se hehkutettu vai vanhennettu. Hehkutettu Ni-Fe-matriisi on pehmeä ja sitkeä, minkä ansiosta sitä on helppo työstää ja hitsata. Vanhentamisen jälkeen hienot erkaumat vahvistavat martensiittista matriisia, mikä tekee materiaalista paljon kovemman ja vaikeamman työstää. Tällaista rakennetta on vaikea työstää ja se vaatii erikoistyökaluja.

Miksi maraging-terästä on helpompi työstää ennen vanhentamista?

Ennen vanhentamista seosta on helpompi leikata, koska se ei ole vielä saavuttanut lopullista kovuuttaan. Materiaalilla on suhteellisen sitkeä nikkeli-rauta-martensiittinen matriisi. Tämä matriisi on sitkeä ja pehmeä, minkä ansiosta sitä on helppo työstää. Verrattuna kovaan martensiittiseen rakenteeseen vanhentamisen jälkeen.

Maraging-teräksen yleisiä CNC-työstöhaasteita

Maraging-teräksen parissa työskennellessään insinöörit kohtaavat monia haasteita, joiden voittamiseksi tarvitaan strategista suunnittelua. Tässä on joitakin yleisiä haasteita:

• Työkalun kulumisen kiihtymistä esiintyy erityisesti kovametallityökaluissa
• Työkarkenemistapa, jos syöttöä/nopeutta ei ole optimoitu
• Lämmön keskittyminen leikkausvyöhykkeelle kohtuullisen lämmönjohtavuuden vuoksi
• Särmän muodostuminen aiheuttaa huonoa lastunmurtoa. Tämä johtaa pitkiin ja sitkeisiin lastuihin.
• Tärinäongelmat (värinä) ohuissa tai monimutkaisissa geometrioissa

Miten maraging-terästä työstetään?

Kuten mainittiin, varhainen työstö maraging-pinnoitteella vaatii erikoistekniikoita ja -strategioita; tässä on asiantuntijamme ehdotukset tähän.

Kone ennen ikääntymistä

Komponentti on mieluiten koneistettava ennen sen vanhentamista. Tässä vaiheessa materiaali on pehmeää eikä siinä ole hiiltä. Se ei osoita haurautta, ja koneistettujen komponenttien mittamuutokset vanhentamisen jälkeen ovat hyvin vähäisiä tai olemattomia.

Käytä tehokkaita leikkaustyökaluja

Vaikka hehkutetun muodon työstäminen on helppoa, sillä on silti hyvä lujuus, mikä vaatii tehokkaan leikkaustyökalun. Työkalut on valmistettu kuutioboorinitridistä (CBN) tai päällystetty TiAlN:llä.

Lämmön hallinta CNC-työstön aikana

Kun leikkaustyökalu työstää komponenttia, kitka tuottaa lämpöä. Tällainen lämpö voi aiheuttaa työkalujen kulumista sekä komponentin lämpölaajenemista. Tämä vaikuttaa sen mittatarkkuuteen. Siksi jäähdytysnesteitä käytetään CNC-työstössä syntyvän lämmön hallintaan.

Maraging-teräksen pintakäsittely

Korkeasta lujuudesta, sitkeydestä ja venyvyydestä huolimatta monet CNC-komponentit pintakäsitellään erityisesti niiden tyypillisten ominaisuuksien parantamiseksi. Tässä on yleisimmin käytetyt pintakäsittelyt seosterästen maraging-käsittelyyn.

typetys

Nitraus soveltuu komponenteille, jotka altistuvat suurille pintakuormille, kitkalle ja sykliselle rasitukselle. Esimerkiksi auto- ja ilmailuteollisuudessa moottorien venttiilit ja kampiakselit altistetaan nitridille. Tällainen käsittely tekee nitridikompleksista Fe:n kanssa, mikä tekee siitä vahvemman ja parantaa väsymiskestävyyttä.

kiillotus

Komponentit, kuten akselit ja voimansiirtokomponentit, joiden pinta on jatkuvasti kosketuksissa muiden pintojen kanssa, tarvitsevat kiillotusta. Se vähentää pinnan karheutta ja tekee pinnasta tasaisemman. Tämän seurauksena komponentin väsymiskestävyys kasvaa.

Pinnoitus ja pinnoitus

Koska MS on rauta-nikkelipohjainen seos, se on altis pistekorroosiolle ja syöpymiselle aggressiivisissa olosuhteissa. Se pinnoitetaan ja kiillotetaan pinnan ja ankarien olosuhteiden vuorovaikutuksen estämiseksi. Komponentit, kuten puristusmuotit ja valumuotit, pinnoitetaan ja galvanoidaan.

Maraging-teräs vs. muut materiaalit

Oikean materiaalin valinta projektiisi on avainasemassa sen onnistumisen kannalta. Autamme sinua valitsemaan yleisimpiä seosteräksiä ja maraging-teräksiä tarpeidesi mukaan.

Maraging-teräs vs. työkaluteräs

Valitse työkaluteräs, kun kulutuskestävyys, leikkausominaisuudet ja alhaisemmat materiaalikustannukset ovat tärkeämpiä kuin maksimaalinen lujuus-painosuhde ja mittapysyvyys vanhentamisen jälkeen. Esimerkiksi leikkausmuoteissa ja meistimissä. Jos sen sijaan haluat erittäin suurta lujuutta, hyvää sitkeyttä ja vähäistä muodonmuutosta lämpökäsittelyn jälkeen, valitse maraging-teräs tarkkuusmuoviesineen.

Maraging Seosteräs vs. ruostumaton teräs

Sekä maraging-teräs että ruostumaton teräs ovat erkautuslujitettuja (PH) materiaaleja. Valinta riippuu selvästi ympäristötekijöistä ja lujuudesta. Jos komponentit ovat poikkeuksellisen lujia ja niillä on hyvä lujuus-painosuhde eikä ympäristö ole niin tärkeä, valitse maraging-teräs. Jos tarvitset suurta lujuutta ja korroosionkestävyyttä, valitse ruostumaton teräs, kuten 17-4PH (ruostumaton teräs).

Maraging-teräs vs. titaani

Käytä maraging-terästä tarkkuuslujuuskomponenttien, kuten ruiskuvalumuottien sisäosien ja rakettimoottoreiden, valmistukseen. Koska mittapysyvyys ja erittäin suuri lujuus ovat kriittisiä. Jos projektiisi kuuluu kevyiden, korroosionkestävien rakenteiden, kuten lentokoneiden runkopaneelien ja laivakiinnittimien, valmistus, valitse titaani.

Maraging-teräs vs. Inconel

Inconel ja maraging-teräs ovat molemmat poikkeuksellisia seoksia, joilla on huomattavia ominaisuuksia. Jos haluat erittäin suurta lujuutta, tarkkaa työstöä ja minimaalista muodonmuutosta vanhentamisen jälkeen työkaluissa, ilmailu- ja avaruusrakenteissa käytetään MS-seosta. Äärimmäisen korkeiden lämpötilojen ja korroosionkestävyyden kannalta Inconel on kuitenkin parempi vaihtoehto.

Yhteenveto

Maraging-teräs on yksi merkittävimmistä terässeoksista, jolla on poikkeukselliset fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet. Se on löytänyt tiensä useille teollisuudenaloille. Sen ymmärtäminen auttaa sinua tekemään tietoon perustuvia päätöksiä projektisi materiaalivalinnoista. Jos sinulla on kysyttävää tai tarvitset tarjouksen tästä materiaalista, ota rohkeasti yhteyttä. Asiantuntijamme ovat aina valmiita ratkaisemaan ongelmasi. Tuofan teräksen työstöosaaminen voi täyttää vaatimuksesi erittäin lujille osille.

FAQ

Onko maraging-teräs magneettinen?

Kyllä, maraging on tyypillisesti magneettista, koska se on rautapohjainen seos, jolla on BCC-rakenne. Sillä on feromagneettinen luonne.

Mikä vastaa maraging 350:tä?

Näillä materiaaleilla on sama kemiallinen koostumus ja myötölujuus kuin maraging 350:llä. Ne eroavat toisistaan ​​pääasiassa vain valmistajan mukaan:

• Vascomax 350 (Allegheny Technologiesin/Allvacin rekisteröity tavaramerkki)
• UNS S35000 (yhtenäisen numerointijärjestelmän tunniste)
• DIN 1.6355 / 1.6356 (eurooppalaiset standardit)
• ATI C-350 (ATI Specialty Alloys)

Onko maraging-teräs ruostumatonta terästä?

Ei, ruostumaton teräs ei ole maraging-terästä. Molemmat ovat nikkelipohjaisia, mutta maragingissa on kobolttia sen lujuuden ja kovuuden vuoksi. Ruostumattomassa teräksessä kromi on pääasiassa vastuussa korroosionkestävyydestä muodostamalla suojaavan oksidikerroksen.

Ruostuuko maraging-teräs?

Kyllä, se ruostuu kosteudessa ja tietyissä olosuhteissa. Siksi suojapinnoite tehdään, kun sitä käytetään tehokkaissa sovelluksissa.