Gids voor maragingstaal: kwaliteiten, eigenschappen, toepassingen en CNC-bewerking

Maragingstaal is een opmerkelijke legering met uitzonderlijke sterkte en taaiheid, met een nikkelgehalte van 17 tot 19%. In tegenstelling tot andere staallegeringen, die hun sterkte ontlenen aan het koolstofgehalte, verkrijgt maragingstaal zijn sterkte door de martensitische toestand en veroudering. Voor ingenieurs die op zoek zijn naar hoogwaardig staal voor CNC-bewerkingen, is het essentieel om meer te weten te komen over maragingstaal, omdat het een ideaal materiaal is voor CNC-bewerking. Deze gids helpt hen bij het maken van een weloverwogen materiaalkeuze. De gids beschrijft de verschillende kwaliteiten, eigenschappen, toepassingen en aandachtspunten voor CNC-bewerking van maragingstaal, zodat u een verstandige beslissing kunt nemen bij de materiaalselectie.

Wat is maragingstaal?

Zoals eerder vermeld, is maragingstaal een nikkelgebaseerde staallegering met een laag koolstofgehalte. Het staat bekend om zijn uitstekende sterkte, taaiheid en hoge sterkte-gewichtsverhouding. De naam "maraging" komt van martensietveroudering, een proces waarbij de legering sterkte wint door precipitatieharding na de vorming van een martensitische structuur. Maar wat maakt MS-staal zo sterk: nikkel, een laag koolstofgehalte of andere legeringselementen?

Waarom is maragingstaal zo sterk?

Traditionele staalsoorten ontlenen hun hardheid aan het koolstofgehalte. Maragingstaal daarentegen niet. MS heeft een laag koolstofgehalte en een unieke combinatie van nikkel, kobalt, molybdeen en titanium. De legering dankt zijn werkelijke sterkte aan een unieke behandeling. Eerst wordt de maraginglegering snel afgekoeld, waardoor martensiet wordt gevormd.

Vervolgens ondergaat het een warmtebehandeling bij lage temperatuur. Elementen zoals molybdeen, titanium en nikkel vormen fijne precipitaten in de martensitische matrix. Hierdoor wordt de matrix dichter, harder en sterker. Deze fijne precipitaten versterken de matrix en zijn de belangrijkste reden voor de hoge sterkte van de legering.

Waarom wordt maragingstaal zo veel gebruikt?

De bovengenoemde hoge treksterkte (2400 MPa) van de maraginglegering, in combinatie met de lage brosheid en de goede lasbaarheid, maakt het materiaal geschikt voor hoogwaardige technische toepassingen.

Chemische samenstelling van Maraging-staal

Op basis van zijn unieke treksterkte wordt maragingstaal verder onderverdeeld in kwaliteiten zoals C250, C300 en C350. Hier bespreken we de chemische samenstelling van maragingstaal, C300. De volgende tabel illustreert de chemische samenstelling van maragingstaal:

Waarom een ​​lage CO2-uitstoot belangrijk is

Het verlagen van het koolstofgehalte in staal heeft een enorme impact op de algehele prestaties. Net als bij maragingstaal worden er geen carbidennetwerken gevormd, wat brosheid veroorzaakt. In plaats daarvan wordt een martensitische matrix gevormd, die verantwoordelijk is voor de hoge sterkte. Een laag koolstofgehalte maakt het staal ook gemakkelijker lasbaar en verouderend, omdat het staal vóór de warmtebehandeling zacht en buigzaam blijft.

Mechanische en fysische eigenschappen van maragingstaal

Maragingstaal heeft unieke fysische en chemische eigenschappen, zoals een hoge treksterkte en taaiheid. Deze eigenschappen maken het, na een geschikte verouderingsbehandeling, geschikt voor hoogwaardige toepassingen; de eigenschappen worden verder verbeterd door de vorming van intermatrixprecipitaten. In dit artikel bespreken we de fysische en mechanische eigenschappen van maragingstaal.

Fysieke eigenschappen

De fysische eigenschappen van maragingstaal hebben een grote invloed op de CNC-bewerking ervan. In de onderstaande tabel zijn de fysische eigenschappen van Maraging 200 en 300 verzameld.

Dichtheid

Maragingstaal is in verouderde toestand moeilijker te bewerken omdat de hardheid en sterkte na veroudering aanzienlijk toenemen. Deze bewerking vereist een nauwkeurige opstelling, geschikte snijgereedschappen, gecontroleerde aanvoersnelheden, lagere snijsnelheden en effectieve koeling. CNC-bewerking in gegloeide vorm wordt echter als het beste beschouwd, omdat het dan een lage hardheid heeft (tot 35 HRC).

De bewerkbaarheid van het gegloeide materiaal is veel beter dan die van het verouderde materiaal. Veroudering na bewerking veroorzaakt een krimp van 0.05 procent. Daarom adviseren onze experts bij Tuofa om het gegloeide onderdeel eerst tot bijna de uiteindelijke vorm te bewerken en daarna pas te verouderen.

Warmtegeleiding

Vergeleken met andere staalsoorten, zoals koolstofarm staal, dat een thermische geleidbaarheid van 45 tot 50 W/m·K vertoont, heeft maragingstaal een lage thermische geleidbaarheid. Zowel in gegloeide als in verouderde vorm vertoont het een lage thermische geleidbaarheid.

Door het wrijven van het snijgereedschap over het materiaaloppervlak ontstaat warmte. Door de geringe warmtegeleiding blijft deze warmte op één plek hangen, wat leidt tot slijtage van het gereedschap en een moeilijkere spaanbeheersing. Daarom is tijdens het bewerken een hoogwaardige koelvloeistof nodig.

Mechanische eigenschappen

Uitzonderlijke mechanische eigenschappen maken maragingstaal geschikt voor geavanceerde toepassingen. Hieronder vindt u een overzicht van de mechanische eigenschappen van verouderd maragingstaal:

Ultrahoge sterkte

Zoals in de tabel te zien is, wordt maragingstaal vanwege zijn hoge sterkte gebruikt voor de productie van onderdelen die aan hoge spanningen worden blootgesteld. In de lucht- en ruimtevaartindustrie worden bijvoorbeeld landingsgestellen van vliegtuigen gemaakt van maragingstaal. Deze hoge sterkte is het resultaat van martensietvorming en precipitatieharding.

Uitstekende breuktaaiheid

Traditionele koolstoflegeringen zijn bros door de vorming van carbiden. Maragingstaal heeft een zeer laag koolstofgehalte, waardoor het risico op carbidevorming wordt geëlimineerd. In maragingstaal is de Ni-Fe-matrix zacht en ductiel vóór de veroudering. Daarom heeft het een uitstekende breuktaaiheid.

Hoge weerstand tegen vermoeidheid

De hoge vermoeiingsweerstand wordt mede mogelijk gemaakt door de hoge treksterkte en de afwezigheid van carbiden. Hierdoor kan het materiaal cyclische spanningen weerstaan. Daarom wordt het gebruikt voor de productie van componenten die continu aan spanning worden blootgesteld, zoals bijvoorbeeld hoogwaardige assen.

Goede ductiliteit

De goede ductiliteit is het resultaat van de martensitische matrix met een laag koolstofgehalte. Deze matrix wordt versterkt door fijne precipitaten in plaats van broze carbiden. Zo'n matrix maakt plastische vervorming mogelijk zonder voortijdige breuk.

Veelvoorkomende soorten maragingstaal

Zoals eerder vermeld, is maragingstaal een klasse staallegeringen met een uitzonderlijke vloeigrens, hardheid en ductiliteit. Op basis van de vloeigrens en chemische samenstelling worden maragingstalen verder onderverdeeld in 18Ni(250), 18Ni(300) en 18Ni(350). We zullen deze kwaliteiten en hun effect op de toepassing ervan wat uitgebreider bespreken. Maar eerst hebben we de chemische samenstelling van deze maragingstaallegeringen in een tabel weergegeven:

Maragingstaal 250

Maragingstaal 250 heeft een relatief lagere treksterkte dan 18Ni(300) en 18Ni(350); dit komt door het lagere gehalte aan kobalt en molybdeen. Tegelijkertijd biedt het een betere ductiliteit dankzij de heldere, zachte martensitische structuur. Het wordt toegepast waar goede taaiheid en ductiliteit essentieel zijn, zoals in landingsgestellen van vliegtuigen.

Maragingstaal 300

Maragingstaal 300 bevindt zich qua hardheid tussen de MS-legeringen van klasse 250 en 350 in. Het heeft een hogere hardheid dan MS 18Ni(250). Als u een goede balans zoekt tussen sterkte en taaiheid, kies dan voor maragingstaal 300 voor uw volgende gereedschapsproject.

Maragingstaal 350

Door het hogere kobalt- en titaniumgehalte biedt maraging 350 de hoogste sterkte van deze gangbare kwaliteiten, maar de ductiliteit en taaiheid zijn lager dan die van maraging 250 en 300. Vergeleken met andere, lagere kwaliteiten heeft het echter een lagere ductiliteit. De martensitische matrix wordt minder flexibel en gevoeliger voor kerfslagen. Dit resulteert in een verminderde rek en een lagere ductiliteit in vergelijking met kwaliteiten met een lagere sterkte.

Hoe te kiezen tussen 250, 300 en 350

De keuze tussen verschillende soorten MS-gelegeerd staal hangt af van de specifieke toepassing van de onderdelen. U moet het doel kennen, of het nu gaat om sterkte, hardheid of ductiliteit. U moet zich bewust zijn van de omgeving waarin de onderdelen zullen worden gebruikt; zo is C300 bijvoorbeeld de beste keuze voor hoge sterkte en goede vermoeiingsweerstand.

Hieronder vindt u een tabel die u helpt bij het kiezen tussen al deze kwaliteitsklassen.

Waarvoor wordt maragingstaal gebruikt?

Door zijn uitzonderlijke fysische en mechanische eigenschappen vindt gelegeerd maragingstaal toepassing in diverse industrieën. Vanwege zijn hoge treksterkte en taaiheid wordt het gebruikt bij de productie van onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart . Hieronder vindt u meer informatie over de toepassingen:

Lucht- en ruimtevaartcomponenten

In de lucht- en ruimtevaart, waar hoge treksterkte, een hoge sterkte-gewichtsverhouding, taaiheid en vermoeiingsweerstand cruciaal zijn, blinken materialen zoals maragingstaal uit. Het wordt gebruikt voor de fabricage van landingsgestellen en structurele componenten. Deze componenten staan ​​continu onder spanning; daarom presteren andere koolstofstaalsoorten hier niet goed en kunnen ze na verloop van tijd scheuren vertonen.

Automotive Industry

In de auto-industrie worden uiterst nauwkeurige componenten zoals assen en ophangingsarmen vervaardigd van MS-legering. Andere koolstofstaalsoorten ondergaan afschrik- of nabewerkingen die de afmetingen aanzienlijk kunnen beïnvloeden. Maragingstaal wordt daarentegen eerst gegloeid en vervolgens nogmaals gegloeid. Hierdoor ontstaan ​​er geen maatafwijkingen. Het wordt ook gebruikt voor Formule 1-onderdelen vanwege de hoge sterkte-gewichtsverhouding.

Defensie en militaire industrie

Legering MS biedt een uitzonderlijke combinatie van extreme sterkte, breuktaaiheid, vermoeiingsweerstand en dimensionale stabiliteit. Dit zijn eigenschappen die conventionele koolstofstalen moeilijk tegelijkertijd kunnen bereiken. Daarom wordt het gebruikt voor de productie van componenten zoals raketmotorbehuizingen, precisiegeleidingssystemen en meer.

Mallen en gereedschappen

Onderdelen in de matrijzen- en gereedschapsindustrie vereisen een hoge precisie en het vermogen om cyclische belastingen te weerstaan. Traditioneel koolstofstaal biedt beide niet. Daarom wordt Maraging-staal gebruikt voor de productie van spuitgietmatrijzen, spuitgietinzetstukken en precisiestempels in de matrijzen- en gereedschapsindustrie.

Is maragingstaal makkelijk te bewerken?

Het antwoord op deze vraag ligt in de toestand van het maragingstaal, of het nu gegloeid of verouderd is. In gegloeide vorm is de Ni-Fe-matrix zacht en buigzaam, waardoor het gemakkelijk te bewerken en te lassen is. Na veroudering versterken fijne precipitaten de martensitische matrix, waardoor het materiaal veel harder en moeilijker te bewerken wordt. Een dergelijke structuur is moeilijk te bewerken en vereist gespecialiseerd gereedschap.

Waarom is maragingstaal gemakkelijker te bewerken vóór het verouderingsproces?

Vóór veroudering is de legering gemakkelijker te bewerken omdat deze nog niet zijn uiteindelijke hardheid heeft bereikt. Het materiaal heeft een relatief buigzame nikkel-ijzer martensitische matrix. Deze matrix is ​​buigzaam en zacht, waardoor deze gemakkelijk te bewerken is. Dit in tegenstelling tot de harde martensitische structuur na veroudering.

Veelvoorkomende CNC-bewerkingsuitdagingen bij het bewerken van maragingstaal

Bij het werken met maragingstaal stuiten ingenieurs op veel uitdagingen die strategische planning vereisen om ze te overwinnen. Hieronder volgen enkele veelvoorkomende uitdagingen:

• Versnelde gereedschapslijtage treedt vooral op bij hardmetalen gereedschappen.
• Neiging tot werkverharding als de aanvoer/snelheid niet geoptimaliseerd is.
• Warmteconcentratie in de snijzone als gevolg van matige thermische geleidbaarheid.
• Door de ophoping van materiaal aan de randen treedt een slechte spaanbreuk op. Dit leidt tot lange, draderige spanen.
• Trillingsproblemen (ratelen) in dunne of complexe geometrieën

Hoe bewerk je maragingstaal?

Zoals gezegd vereist het vroegtijdig bewerken van Maraging gespecialiseerde technieken en strategieën; hieronder vindt u de aanbevelingen van onze experts.

Machine vóór veroudering

Het is aan te raden de bewerking van het onderdeel uit te voeren voordat het aan veroudering wordt onderworpen. In dit stadium is het materiaal zacht en bevat het geen koolstof. Het vertoont geen brosheid en er is zeer weinig tot geen dimensionale vervorming na veroudering van de bewerkte onderdelen.

Gebruik hoogwaardige snijgereedschappen

Hoewel bewerking in gegloeide vorm eenvoudig is, behoudt het materiaal een goede sterkte, waardoor een hoogwaardig snijgereedschap nodig is. Gereedschappen gemaakt van kubisch boornitride (CBN) of gecoat met TiAlN.

Warmtebeheersing tijdens CNC-bewerking

Wanneer een snijgereedschap een onderdeel bewerkt, ontstaat er door wrijving warmte. Deze warmte kan leiden tot slijtage van het gereedschap en thermische uitzetting van het onderdeel. Dit beïnvloedt de maatnauwkeurigheid. Daarom worden koelvloeistoffen gebruikt om de warmte die tijdens CNC-bewerking ontstaat te beheersen.

Oppervlaktebehandeling voor maragingstaal

Ondanks hun hoge sterkte, taaiheid en vervormbaarheid ondergaan veel CNC-componenten een oppervlaktebehandeling om hun typische eigenschappen te verbeteren. Hieronder staan ​​de meest gebruikte oppervlaktebehandelingen voor maraging-gelegeerd staal.

Nitreren

Nitreren is geschikt voor onderdelen die worden blootgesteld aan hoge oppervlaktebelastingen, wrijving en cyclische spanningen. In de auto- en luchtvaartindustrie worden bijvoorbeeld motorventielen en krukassen genitreerd. Door deze behandeling vormt het nitride een complex met ijzer, waardoor het sterker wordt en een betere vermoeiingsweerstand krijgt.

Polijsten

Onderdelen zoals assen en transmissiecomponenten, waarvan het oppervlak constant in contact staat met andere oppervlakken, moeten worden gepolijst. Dit vermindert de oppervlakteruwheid en maakt het oppervlak gladder. Hierdoor neemt de levensduur van het onderdeel toe.

Coating en beplating

Omdat MS een legering is op basis van ijzer en nikkel, is het gevoelig voor putcorrosie en andere vormen van corrosie onder agressieve omstandigheden. Het wordt daarom gecoat en gepolijst om contact met deze zware omstandigheden te voorkomen. Componenten zoals extrusiematrijzen en gietvormen worden gecoat en geplateerd.

Maragingstaal versus andere materialen

Het kiezen van het juiste materiaal is een cruciale factor voor het succes van uw project. Wij helpen u hier bij het kiezen uit gangbare gelegeerde staalsoorten en maragingstaal, afhankelijk van uw behoeften.

Maragingstaal versus gereedschapsstaal

Kies gereedschapsstaal wanneer slijtvastheid, snijprestaties en lagere materiaalkosten belangrijker zijn dan een maximale sterkte-gewichtsverhouding en dimensionale stabiliteit na veroudering. Bijvoorbeeld bij snijmatrijzen en stempels. Als u daarentegen een extreem hoge sterkte met goede taaiheid en minimale vervorming na warmtebehandeling wenst, kies dan voor maragingstaal voor precisieonderdelen van kunststof.

Maraging Gelegeerd staal versus roestvrij staal

Zowel maragingstaal als roestvrij staal zijn precipitatiegeharde (PH) materialen. De keuze hangt duidelijk af van milieuoverwegingen en sterkte. Als uw componenten uitzonderlijk sterk moeten zijn, een goede sterkte-gewichtsverhouding hebben en milieuoverwegingen geen grote rol spelen, kies dan voor maragingstaal. Als u hoge sterkte en corrosiebestendigheid nodig hebt, kies dan voor roestvrij staal zoals 17-4PH (roestvrij staal).

Maragingstaal versus titanium

Gebruik maragingstaal voor precisieonderdelen met een hoge sterkte, zoals inzetstukken voor spuitgietmatrijzen en raketmotoren. Dimensionale stabiliteit en ultrahoge sterkte zijn hierbij cruciaal. Als uw project de productie van lichtgewicht, corrosiegevoelige structuren omvat, zoals vliegtuigromppanelen en scheepsbevestigingsmiddelen, kies dan voor titanium.

Maragingstaal versus Inconel

Inconel en maragingstaal zijn beide uitzonderlijke legeringen met opmerkelijke eigenschappen. Voor gereedschapsconstructies die ultrahoge sterkte, precisiebewerking en minimale vervorming na veroudering vereisen, wordt maragingstaal gebruikt. Voor extreme hoge temperaturen en corrosiebestendigheid heeft inconel echter de voorkeur.

Conclusie

Maragingstaal is een opmerkelijke staallegering met uitzonderlijke fysische en mechanische eigenschappen. Het wordt in diverse industrieën toegepast. Inzicht in deze legering helpt u bij het maken van weloverwogen materiaalkeuzes voor uw project. Neem gerust contact met ons op als u vragen heeft of een offerte wilt ontvangen. Onze experts staan ​​altijd klaar om uw problemen op te lossen. De mogelijkheden van Tuofa Steel voor de bewerking van staal kunnen voldoen aan uw eisen voor onderdelen met een hoge sterkte.

FAQ

Is maragingstaal magnetisch?

Ja, maraging is doorgaans magnetisch omdat het een ijzerlegering is met een BCC-structuur. Het heeft dus een ferromagnetische eigenschap.

Wat is het equivalent van 350 maragingpunten?

Deze materialen hebben dezelfde chemische samenstelling en vloeigrens als maraging 350. Het belangrijkste verschil zit hem in de specifieke fabrikant.

• Vascomax 350 (geregistreerd handelsmerk van Allegheny Technologies/Allvac)
• UNS S35000 (identificatiecode van het Unified Numbering System)
• DIN 1.6355 / 1.6356 (Europese normen)
• ATI C-350 (ATI speciale legeringen)

Is maragingstaal roestvrij staal?

Nee, roestvrij staal is niet hetzelfde als maragingstaal. Beide zijn op nikkel gebaseerd, maar maragingstaal bevat kobalt voor de sterkte en hardheid. In roestvrij staal is chroom voornamelijk verantwoordelijk voor de corrosiebestendigheid door de vorming van een beschermende oxidelaag.

Roest maragingstaal?

Ja, het roest bij blootstelling aan vocht en specifieke omstandigheden. Daarom wordt er een beschermende coating aangebracht bij toepassingen die hoge prestaties vereisen.