Guide til maragingstål: Karakterer, egenskaper, bruksområder og CNC-maskinering

Maragingsstål er en bemerkelsesverdig legering med eksepsjonell styrke og seighet med et nikkelinnhold på 17 til 19 %. I motsetning til andre stållegeringer, som får sin styrke fra karboninnhold, får maraging sin styrke via martensitttilstand og aldring. For ingeniører som leter etter høyfast stål til CNC-deler, er det viktig å lære om maragingsstål fordi det er et ideelt materiale for CNC-maskinering. Denne veiledningen vil hjelpe dem med å ta en klok beslutning når de skal velge materialer. Denne veiledningen forklarer kvaliteter, egenskaper, bruksområder og hensyn til CNC-maskinering av maragingsstål for å hjelpe deg med å ta en klok beslutning når du skal velge materialer.

Hva er maragingstål?

Som nevnt tidligere er maragent stål en nikkelbasert stållegering med lavt karboninnhold. Den er kjent for utmerket styrke, seighet og et høyt styrke-til-vekt-forhold. Navnet «maraging» kommer fra martensitt-aldring, en prosess der legeringen får styrke gjennom utfellingsherding etter å ha dannet en martensittisk struktur. Men hva gjør MS-stål så sterkt: nikkel eller lavt karboninnhold eller andre legeringselementer?

Hva gjør maragingstål så sterkt?

Tradisjonelle ståltyper er avhengige av karboninnhold for hardheten sin. Men martensitt er ikke det. MS har lavt karboninnhold og unike kombinasjoner av nikkel, kobolt, molybden og titan. Legeringen får sin faktiske styrke fra unik behandling. I utgangspunktet avkjøles martensitt raskt, hvoretter martensitt dannes.

Nå utsettes den for lavtemperaturvarmebehandling. Elementer som molybden, titan og nikkel danner fine utfellinger i den martensittiske matrisen. Dette gjør matrisen tettere, hardere og sterkere. Disse fine utfellingene styrker matrisen og er hovedårsaken til legeringens høye styrke.

Hvorfor er maragingstål mye brukt?

Den ovennevnte høye strekkfastheten (2400 MPa) til marageringen kombinert med lav sprøhet og enkel sveisbarhet muliggjør bruk i høypresterende tekniske applikasjoner.

Kjemisk sammensetning av maragingstål

Basert på sin unike strekkfasthet klassifiseres maragingsstål i ytterligere kvaliteter som C250, C300 og C350. Her diskuterer vi den kjemiske sammensetningen av maragingsstål, C300. Tabellen nedenfor illustrerer den kjemiske sammensetningen av maragingsstål:

Hvorfor lavkarbon er viktig

Å redusere karboninnholdet i stål har stor innvirkning på den generelle ytelsen. Som i martensittisk stål dannes det ikke karbidnettverk, noe som forårsaker sprøhet. I stedet for dette nettverket dannes en martensittisk matrise, som er ansvarlig for høy styrke. Lavt karboninnhold gjør også sveisbarheten og aldringen enkel fordi stålet forblir mykt og duktilt før varmebehandling.

Mekaniske og fysiske egenskaper til maragingstål

Maragningsstål har unike fysiske og kjemiske egenskaper som høy strekkfasthet og seighet. Disse egenskapene gjør det egnet for høytytende applikasjoner etter riktig aldringsbehandling; egenskapene forbedres ytterligere på grunn av dannelsen av intermatriseutfellinger. Her vil vi diskutere de fysiske og mekaniske egenskapene til maragningsstål.

Fysiske egenskaper

De fysiske egenskapene til maragingstål har sterk innflytelse på CNC-maskineringen av det. Her er de fysiske egenskapene for Maraging 200 og 300 samlet i en gitt tabell.

Tetthet

Maragningsstål er vanskeligere å maskinere i aldret tilstand fordi hardheten og styrken øker betydelig etter aldring. Denne tilstanden krever stiv oppstilling, passende skjæreverktøy, kontrollerte matehastigheter, lavere skjærehastigheter og effektiv kjølevæske. Men å utføre CNC-maskinering i glødet form anses som best, da det har lav hardhet (opptil 35 HRC) i glødet form.

Maskinbearbeidbarheten i glødet form er høy sammenlignet med den aldrede formen. Aldring etter maskinering forårsaker en krymping på 0.05 prosent. Derfor foreslår våre eksperter hos Tuofa å maskinere den glødede delen til nesten ferdig form og deretter utføre aldring.

Termisk ledningsevne

Sammenlignet med andre ståltyper, som lavkarbonstål, som har en varmeledningsevne på 45 til 50 W/m·K, har maraging lav varmeledningsevne. I glødet og aldret form viser det lav varmeledningsevne.

Varme genereres ved å gni skjæreverktøyet over overflaten av materialet, noe som genererer varme. På grunn av lav konduksjonsevne fanges denne varmen på et sted, noe som forårsaker verktøyslitasje og gjør sponkontroll vanskeligere. Derfor er det nødvendig med kjølevæske av høy kvalitet under maskinering.

Mekaniske egenskaper

Det er eksepsjonelle mekaniske egenskaper som gjør maragingstål brukbart i avanserte applikasjoner. Her har vi satt sammen de mekaniske egenskapene til aldret maragingstål:

Ultra høy styrke

Med sin høye styrke, som nevnt i tabellen, brukes maragening til å produsere komponenter som utsettes for høy belastning. For eksempel, i luftfartsindustrien produseres landingsunderstell til fly av marageningstål. Denne høye styrken er et resultat av martensittdannelse og utfellingsherding.

Utmerket bruddstyrke

Tradisjonelle karbonbaserte legeringsstål er sprø på grunn av dannelse av karbider. Maraldrende stål har et svært lavt innhold av C som eliminerer risikoen for dannelse av karbider. I maraldrende stål er Ni-Fe-matrisen myk og duktil før aldring. Det er derfor den har utmerket bruddseighet.

Høy tretthetsmotstand

Det som bidrar til høy utmattingsmotstand er den høye strekkfastheten og fraværet av karbider. Dette gjør at materialet tåler syklisk belastning. Derfor brukes det til produksjon av komponenter under kontinuerlig belastning, for eksempel høyytelsesaksler.

God duktilitet

God duktilitet skyldes dens lavkarbon martensittiske matrise, som styrkes av fin utfelling i stedet for sprø karbider. En slik matrise tillater plastisk deformasjon uten for tidlig brudd.

Vanlige maragingstålkvaliteter

Som nevnt tidligere er maragingsstål en klasse stållegeringer med eksepsjonell flytegrense, hardhet og duktilitet. Basert på flytegrense og kjemisk sammensetning er maragingsstål videre underklassifisert som 18Ni(250), 18Ni(300) og 18Ni(350). Vi vil diskutere disse kvalitetene litt mer og effekten av flytegrensen i deres anvendelse. Men før det har vi her tabellert den kjemiske sammensetningen av disse maragingsstålene:

Maraging Steel 250

Martensittisk stål 250 har en forholdsvis lavere strekkfasthet enn 18Ni (300) og 18Ni (350); dette skyldes lavere Co- og Mo-innhold. Samtidig gir det bedre duktilitet på grunn av sin klare, myke martensittiske struktur. Det finner bruk der god seighet og duktilitet er nøkkelen, for eksempel i landingsunderstell til luftfart.

Maraging Steel 300

Når det gjelder maragentstål 300, ligger det mellom MS-legeringsstålene i klasse 250 og 350. Det har bedre hardhet enn MS 18Ni (250). Hvis du trenger balanse mellom styrke og seighet, velg maragentstål 300 til ditt neste verktøyprosjekt.

Maraging Steel 350

Med høyere kobolt- og titaninnhold tilbyr maraging 350 den høyeste styrken blant disse vanlige kvalitetene, men dens duktilitet og seighet er lavere enn for maraging 250 og 300. Men sammenlignet med andre lavere kvaliteter har den lavere duktilitet. Den martensittiske matrisen blir mindre fleksibel og mer hakkfølsom. Dette resulterer i redusert forlengelse og lavere duktilitet sammenlignet med kvaliteter med lavere styrke.

Hvordan velge mellom 250, 300 og 350

Valg mellom kvaliteter av MS-legert stål avhenger av den spesifikke bruken av komponentene. Du må vite formålet, enten dets styrke, hardhet eller duktilitet. Du må være klar over miljøet komponentene skal brukes i; for eksempel, for høy styrke og god utmattingsmotstand, foretrekk C300.

Her har vi satt sammen en tabell som vil hjelpe deg å forstå hvordan du velger mellom alle disse karakterene.

Hva brukes maragingstål til?

Basert på sine eksepsjonelle fysiske og mekaniske egenskaper finner legert maragementstål bruksområder i en rekke bransjer. På grunn av sin høye strekkfasthet og seighet brukes det i produksjon av luftfartskomponenter . Her er flere detaljer om bruksområdene:

Luftfartkomponenter

Innen luftfart, hvor høy strekkfasthet, høyt styrke-til-vekt-forhold, seighet og utmattingsmotstand er nøkkelen, skiller materialer som maragementstål seg ut. Det brukes til produksjon av landingsunderstell og strukturelle komponenter. Disse komponentene forblir under kontinuerlig belastning; det er derfor annet karbonbasert stål ikke fungerer her og kan få sprekker over tid.

bilindustrien

I bilindustrien produseres høypresisjonskomponenter som aksler og opphengsledd ved bruk av legering MS. Andre karbonstål gjennomgår bråkjøling eller etterbehandling som kan påvirke dimensjonene deres betydelig. Marageningsstål maskineres i glødet form og deretter igjen. Så ingen dimensjonale unøyaktigheter oppstår. Det høye styrke-til-vekt-forholdet som også brukes for Formel 1-komponenter.

Forsvar og militærindustri

Legering MS leverer en uvanlig kombinasjon av ekstrem styrke, bruddseighet, utmattingsmotstand og dimensjonsstabilitet. Noe konvensjonelle karbonstål sliter med å oppnå samtidig. Det er derfor det brukes til å produsere komponenter som missilmotorhus, presisjonsstyringshus og mer.

Form og verktøy

Komponenter i støpe- og verktøyindustrien krever høy presisjon og kapasitet til syklisk lastbæring. Tradisjonelt karbonstål klarer ikke å tilby begge deler. Derfor brukes stålmaraginglegering til produksjon av sprøytestøpekjerner, støpeinnsatser og presisjonsstemplere i støpe- og tollingsindustrien.

Er maragingstål lett å maskinere?

Svaret på dette spørsmålet ligger i tilstanden til martensittisk stål, enten i glødet eller aldret form. I glødet form er Ni-Fe-matrisen myk og duktil, noe som gjør den enkel å maskinere og sveise. Etter aldring styrker fine utfellinger den martensittiske matrisen, noe som gjør materialet mye hardere og vanskeligere å maskinere. En slik struktur er vanskelig å maskinere og krever spesialverktøy.

Hvorfor er maraldring av stål enklere å maskinere før aldring?

Før aldring er legeringen lettere å skjære fordi den ennå ikke har nådd sin endelige hardhet. Materialet har en relativt duktil nikkel-jern martensittisk matrise. Denne matrisen er duktil og myk, noe som gjør den enkel å maskinere. Sammenlignet med hard martensittisk struktur etter aldring.

Vanlige CNC-maskineringsutfordringer for maragementstål

Når ingeniører jobber med maragent stål, står de overfor mange utfordringer som krever strategisk planlegging for å overvinne dem. Her er noen vanlige utfordringer:

• Akselerert verktøyslitasje forekommer spesielt på hardmetallverktøy
• Tendens til arbeidsherding hvis mating/hastighet ikke er optimalisert
• Varmekonsentrasjon i skjæresonen på grunn av moderat varmeledningsevne
• Dårlig sponbryting oppstår på grunn av eggoppbygging. Dette fører til lange, trådete spon
• Vibrasjonsproblemer (vibrasjon) i tynne eller komplekse geometrier

Hvordan maskinere maraging av stål?

Som nevnt krever tidlig maskinering, Maraging spesialiserte teknikker og strategier. Her er hva våre eksperter foreslår for dette.

Maskin før aldring

Det er best å utføre maskinering av komponenten før den utsettes for aldring. På dette stadiet er materialet mykt og har ikke noe karboninnhold. Det viser ingen sprøhet, og det er svært liten eller ingen dimensjonsdeformasjon etter aldring av de maskinbearbeidede komponentene.

Bruk høyytelses skjæreverktøy

Selv om det er enkelt å bearbeide i glødet form, har det fortsatt god styrke, noe som krever et høytytende skjæreverktøy. Verktøy laget med kubisk bornitrid (CBN) eller belagt med TiAlN.

Kontroll av varme under CNC-maskinering

Når et skjæreverktøy arbeider på en komponent, genererer friksjonen varme. Slik varme kan føre til slitasje på verktøy samt termisk utvidelse av en komponent. Dette påvirker dimensjonsnøyaktigheten. Derfor brukes kjølevæsker til å kontrollere varmen som genereres under CNC-maskinering.

Overflatebehandling for maragingstål

Til tross for høy styrke, seighet og duktilitet, gjennomgår mange CNC-komponenter overflatebehandling spesielt for å forbedre sine typiske egenskaper. Her er de mest brukte overflatestrømmene for marginering av legert stål.

Nitrering

Nitrering er egnet for komponenter som utsettes for høye overflatebelastninger, friksjon og syklisk stress. For eksempel, i bil- og luftfartsindustrien utsettes motorventiler og veivaksler for nitrering. Slik behandling gjør nitridet komplekst med Fe, noe som gjør det sterkere og bedre i utmattingsmotstand.

polering

Komponenter som aksler og girkassekomponenter hvis overflate alltid er i kontakt med andre overflater trenger polering. Dette reduserer overflateruheten og gjør overflaten glattere. Som et resultat øker komponentens utmattingslevetid.

Belegg og plating

Siden MS er en legering basert på jern og nikkel, er den utsatt for punktkorrosjon og korrosjon under aggressive forhold. Den utsettes for belegg og polering for å forhindre at overflaten interagerer med tøffe forhold. Komponenter som ekstruderingsdyser og støpeformer utsettes for belegg og plating.

Maraging stål vs. andre materialer

Å velge riktig materiale til prosjektet ditt er en avgjørende faktor for prosjektets suksess. Her hjelper vi deg med å velge mellom vanlige legeringsstål og maragementstål i henhold til dine behov.

Maraging stål vs. verktøystål

Velg verktøystål når slitestyrke, skjæreytelse og lavere materialkostnader er viktigere enn maksimalt styrke-til-vekt-forhold og dimensjonsstabilitet etter aldring. For eksempel i skjæreformer og stempler. Hvis du i stedet ønsker ultrahøy styrke med god seighet og lav deformasjon etter varmebehandling, velg marageningsstål for presisjonsdeler av plast.

Maraging Legeringstål vs. rustfritt stål

Både maragingstål og rustfritt stål er utskillingsherdede (PH) materialer. Valget avhenger helt av miljøhensyn og styrke. Hvis komponentene dine er usedvanlig sterke og har et godt styrke-til-vekt-forhold, og miljøet ikke er et problem, velg maragingstål. Hvis du trenger høy styrke og korrosjonsbestandighet, velg rustfritt stål som 17-4PH (rustfritt stål).

Maraging stål vs. titan

Bruk maragingstål til presisjonskomponenter med høy styrke, som sprøytestøpeinnsatser og rakettmotorer. Dimensjonsstabilitet og ultrahøy styrke er avgjørende. Hvis prosjektet ditt inkluderer produksjon av lette, korrosjonskritiske konstruksjoner, som flyskrogpaneler og marine festemidler, bør du velge titan.

Maraging Steel vs. Inconel

Inconel og maragementstål er begge eksepsjonelle legeringer med bemerkelsesverdige egenskaper. Hvis du ønsker ultrahøy styrke, presisjonsbearbeiding og minimal deformasjon etter aldring for verktøy, bruker luftfartsstrukturer MS. For ekstrem høy temperatur- og korrosjonsbestandighet foretrekkes imidlertid inconel.

Konklusjon

Maragementstål er en av de bemerkelsesverdige stållegeringene med sine eksepsjonelle fysiske og mekaniske egenskaper. Det finner veien til en rekke bransjer. Å forstå det vil hjelpe deg med å ta informerte beslutninger om materialvalg for prosjektet ditt. Hvis du har spørsmål eller trenger et tilbud på dette materialet, er det bare å ta kontakt. Våre eksperter er alltid der for å løse problemene dine. Tuofas stålmaskineringskapasitet kan dekke dine behov for høyfaste deler.

FAQ

Er maragingstål magnetisk?

Ja, maraging er vanligvis magnetisk fordi det er en jernbasert legering med BCC-struktur. Den har feromagnetisk natur.

Hva tilsvarer maraging 350?

Disse materialene har samme kjemiske sammensetning og flytegrense med maraging 350. Forskjellen er hovedsakelig bare avhengig av den spesifikke produsenten:

• Vascomax 350 (registrert varemerke for Allegheny Technologies/Allvac)
• UNS S35000 (identifikator for enhetlig nummereringssystem)
• DIN 1.6355 / 1.6356 (europeiske standarder)
• ATI C-350 (ATI spesiallegeringer)

Er maragingstål rustfritt stål?

Nei, rustfritt stål er ikke maragingstål. Begge er nikkelbaserte, men maraging har kobolt for sin styrke og hardhet. I rustfritt stål er krom hovedsakelig ansvarlig for korrosjonsbestandighet ved å danne et beskyttende oksidlag.

Ruster maraging stål?

Ja, det ruster når det utsettes for fuktighet og spesifikke forhold. Derfor brukes beskyttende belegg når det brukes i høypresterende applikasjoner.