1. No category

Vir znanja in izkušenj za stroko
Portorož, 10. - 12. junij 2013
Vpliv tehnologije izdelave na razvoj zlitin
Orodno jeklo–baker
Uroš ARTIČEK1, Stanko STEPIŠNIK1, Matjaž Milfelner2, Ivan ANŽEL3
1
EMO – Orodjarna, d. o. o.
2
TIC – LENS, d. o. o.
3
Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo
IZVLEČEK
V članku je predstavljen sodoben pristop k načrtovanju razvoja materiala za orodja za brizganje plastike. Raziskovali
smo, kako posamezni vhodni parametri vplivajo na razvoj mikrostrukture. Idejna zasnova je uporaba gradientnih
materialov, izdelanih s tehnologijo LENS. V praksi se pogosto zgodi, da pride med strjevanjem do gubanja
termoplastičnega izdelka. Glavni razlog je neenakomerna porazdelitev temperature v orodju ter posledično v izdelku med
ohlajanjem. Orodje s hladilnimi rebri in kanali želimo izdelati s pomočjo uporabe gradientnih materialov na osnovi
orodnega jekla in bakra. Tako bi lahko prilagodili toplotno prevodnost glede na končni izdelek. Debelejši deli izdelka se
počasneje ohlajajo, zato bi na tem delu orodja uporabili gradientni material z večjo vsebnostjo bakra. Hkrati bi zmanjšali
čas ohlajanja, ki predstavlja največji del v celotnem ciklu brizganja ter tako povečali produktivnost orodij. Sistem zlitine je
zelo kompleksen, zato smo se odločili predstaviti zlitino s sestavo orodno jeklo AISI H-13 z vsebnostjo 87,5 ut.%Cu. Da bi
lažje razumeli razvoj mikrostrukture pri hitrem – neravnotežnem strjevanju, smo izhajali iz mikrostrukture, dobljene pri
počasnem ohlajanju s tehnologijo litja. Predstavljene so mehanske lastnosti, vpliv plastne gradnje in toplotno vplivanega
področja na razvoj mikrostrukture in preprečevanje nastanka razpok. V zadnjem delu članka so predstavljeni zaključki.
Rezultati kažejo uspešno izdelavo testnih vzorcev s tehnologijo LENS in predstavljajo dober potencial za nadaljnji razvoj in
uporabo.
1 UVOD
V orodjarstvu je potrebno stremeti k uporabi
novih materialov in naprednih tehnologij ter k
optimizaciji izdelave orodij predvsem pri
velikoserijski proizvodnji izdelkov iz umetnih
mas. Izdelava orodij iz zlitin, ki imajo v
ravnotežnem stanju majhno topnost v trdnem [1],
predstavlja velik znanstveni in tehnični izziv.
Toplotna prevodnost bakra je pri delovni
temperaturi med 220-600 °C približno 13-krat
večja od orodnega jekla. Uporaba je zaradi
različnih koeficientov temperaturnega raztezka
bakra in jekla omejena, saj prihaja do visokih
termičnih napetosti na stičnih ploskvah, kar lahko
privede do loma ter poškodb na posameznih
sklopih orodja. Rešitev problema vidimo v
gradientni depoziciji materiala. Prvi del raziskav
je temeljil na določitvi ustreznih parametrov za
tehnologijo
LENSTM
s
ciljem
doseči
mikrostrukturo brez razpok. Predstavljena je
mikrostruktura in mehanske lastnosti zlitine
INDUSTRIJSKI FORUM IRT 2013
orodnega jekla AISI H-13 in čistega bakra v
odvisnosti od hitrosti ohlajanja, ki je značilna za
posamezno tehnologijo.
2 TEHNOLOGIJA LENS
2.1 Značilnosti
Laser Engineered Net Shaping (LENSTM) je
sodobna laserska tehnologija za potrebe razvoja
in izdelavo zahtevnih kovinskih proizvodov [2]. S
tem postopkom lahko izdelamo izdelek
neposredno iz CAD modela s pomočjo laserskega
žarka in kovinskih prahov. Postopek pa ni
namenjen samo izdelavi izdelkov, pač pa tudi
popravilu in obnovi raznih strojnih delov. Zaradi
drobnozrnate mikrostrukture, ki nastane pri
tehnologiji LENS, so mehanske lastnosti izdelkov
lahko enakovredne ali pa celo boljše od
konvencionalnih tehnologij. S to tehnologijo
lahko izdelamo tudi izdelke, ki imajo kompleksno
obliko, npr. notranji hladilni kanali pri orodjih za
221
VPLIV TEHNOLOGIJE IZDELAVE NA RAZVOJ ZLITIN ORODNO JEKLO–BAKER
1
1
2
3
Uroš ARTIČEK , Stanko STEPIŠNIK , Matjaž Milfelner , Ivan ANŽEL
1
2
EMO – Orodjarna, d. o. o., TIC – LENS, d. o. o.
3
Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo
brizganje plastike, ki jih s konvencionalnimi
metodami izdelave ni mogoče izdelati. Velika
prednost te tehnologije je tudi v tem, da je z
načinom nanosa materiala mogoče manipulirati
gradnjo izdelka in tako vplivati na želene
lastnosti. Na gradnjo lahko vplivamo s
procesnimi parametri, uporabljenimi materiali in
kontroliranjem termičnih pojavov, za kar je
potrebno podrobno poznavanje procesa izdelave.
Navarjanje poteka v zaščitni atmosferi argona.
Posamezni pomembni procesni parametri so
laserska moč, hitrost podajanja laserske glave,
višina navarjenih nanosov, razdalja med
navarjenimi linijami in količina dodanega prahu
[3,4]
aplikacije. S tem načinom gradnje je mogoče
doseči enakomerno prehajanje lastnosti in
zgradbe depozita iz ene mejne vrednosti v drugo.
Takšni materiali imajo funkcionalne lastnosti, ki
se spremenijo po preseku izdelka in zagotavljajo
sicer nezdružljive lastnosti. Uporabljamo jih
zaradi njihovega vedenja pod določenimi
zunanjimi vplivi (toplotna prevodnost)
2.2 Funkcionalno gradientni material
Stroj LENS 850-R ameriškega podjetja
Optomec je sposoben izdelati tudi funkcionalno
gradientne materiale [5]. Tako za potrebe orodij
za brizganje plastike razvijamo material na
osnovi orodnega jekla in bakra. Stroj za taljenje
materiala uporablja laser fiber z valovno dolžino
1 µm in močjo 1 kW. Zaščitno atmosfero v
komori predstavlja plin argon, kjer raven kisika
ne presega 10 ppm, za kar skrbi čistilna naprava,
ki iz komore odstranjuje kisik in vlago. Pri
raziskavi uporabljamo sferične prahove orodnega
jekla AISI H-13 in bakra (99,5%) z velikostjo zrn
45 do 150 µm.
Tehnologija LENS predstavlja metodo, ki na
področju izdelave gradientnih materialov zelo
veliko obeta, vendar jo je mogoče popolnoma
izkoristiti le s pravimi pristopi nadzora tvorbe
mikrostrukture znotraj posamezne plasti [6].
Terminologija »funkcijsko odvisnih gradientnih
materialov« se v splošnem pripisuje materialom,
kjer se sestava enakomerno spreminja od začetne
do končne vrednosti. Čeprav se sestava spreminja
diskretno, se zaradi nataljevanja in toplotnega
vpliva naslednje plasti sestava na mejni plasti
spreminja tako, da se spodnja plast obogati z
novo naneseno plastjo. Tako pride do spremembe
sestave v mejnem pasu. Mešane cone variirajo
enakomerno in so v osnovi zelo majhne v
primerjavi s celotnim depozitom – tako dosežemo
zvezni prehod po kemijski sestavi (slika 1).
Spreminjanje gostote plasti in njihovih sestav
glede na lokacijo je odvisno od želene končne
222
Slika 1: Shematski
prikaz
funkcijsko
gradientnega materiala H13-Cu
Pri tehnologiji LENS se dodajanje prahov v
laserski žarek ter bazen taline regulira s
spreminjanjem obratov dveh mešalnikov prahov.
Tako lahko za vsako plast posebej definiramo
razmerje posameznih prahov, kar omogoča
izdelavo funkcionalno gradientnih materialov,
kjer se sestava in lastnosti spreminjajo glede na
želeno aplikacijo. Stroj pri gradnji ne dobi
nobenih povratnih informacij, zato je pravilno in
natančno
določanje
delovnih
parametrov
ključnega pomena.
Pri raziskavah je veliko energije usmerjene k
razumevanju medsebojnega vpliva procesnih
parametrov
in
termičnih
razmer
na
mikrostrukturo ter tako na mehanske, fizikalne ter
oblikovne lastnosti. Orodna jekla so manj
»občutljiva« na nastavitve delovnih parametrov
kot baker. Depozicija z neustreznimi parametri
ima vrsto negativnih posledic, kot so neustrezne
mehanske lastnosti, slaba kakovost površine in
neustrezna trdnost, kar lahko privede do napak v
strukturi ter v najslabšem primeru do loma.
Pri raziskavah smo določili optimalne
procesne parametre za posamezne kemijske
sestave. S pomočjo preučevanja mikrostruktur in
mehanskih lastnosti želimo določiti posamezne
zanimive sestave, kjer ni nevarnosti nastanka
razpok, ter tako zadostili potrebnim mehanskim
ter fizikalnim lastnostim. Določiti želimo, koliko
INDUSTRIJSKI FORUM IRT 2013
VPLIV TEHNOLOGIJE IZDELAVE NA RAZVOJ ZLITIN ORODNO JEKLO–BAKER
1
1
2
3
Uroš ARTIČEK , Stanko STEPIŠNIK , Matjaž Milfelner , Ivan ANŽEL
1
2
EMO – Orodjarna, d. o. o., TIC – LENS, d. o. o.
3
Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo
plasti posameznih sestav bi uporabili za dano
aplikacijo, kako se obnašajo posamezne sestave
pri nalaganju plasti ter upoštevati toplotni vpliv
pri navarjanju. Ker je problematika zelo
kompleksna, je v nadaljevanju predstavljen razvoj
zlitine s fiksno kemijsko sestavo.
3 ZLITINA H-13 – 87,5ut.%Cu
Razvoj mikrostrukture zlitin je poleg kemijske
sestave odvisen od procesnih parametrov, ki
opredeljujejo
razmere
pri
strjevanju.
Najvplivnejša sta hitrost ohlajanja in gibanje
taline med strjevanjem. Uporabili smo dve
različni tehnologiji, in sicer tehnologijo litja ter
tehnologijo LENS, ter opazovali vpliv različnih
ohlajevalnih hitrosti na razvoj mikrostrukture
zlitine H13 – 87,5 ut.%Cu.
Pri mikrostrukturi tehnologije LENS pri
visokih ohlajevalnih hitrostih (104 °C/s) pride do
razmešanja ter zamrznitve taline, kar ima za
posledico sferično morfologijo faze, bogate z
železom. Pri nižjih ohlajevalnih hitrostih (102
°C/s) konvencionalnega litja ne pride do
razmešanja, pri zlitini nastane značilna dendritna
mikrostruktura.
Da bi razumeli razvoj mikrostrukture, moramo
najprej vedeti, kakšna mikrostruktura nastane pri
počasnem ohlajanju, zato smo najprej izdelali
vzorce s tehnologijo litja v kalup. Uporabili smo
indukcijsko taljenje pod vakuumom (VIM) za
litje 12,5 ut.% H-13 orodnega jekla in 87,5 ut.%
čistega elektrolitskega (OFHC) bakra (99,99%
Cu) v inertnem plinu argona. Kokile so bile
cilindrične oblike, izdelane iz sive litine,
premazane s tankim slojem ZrO2 in predgrete na
400 °C. Za določitev ohlajevalnih hitrosti smo
uporabili termoelement tipa K (Ni-CrNi). Hitrost
ohlajanja je bila relativno majhna, proces se je
približal ravnotežnemu strjevanju
Tabela 1: Kemijska sestava orodnega jekla AISI
H-13
Element
Fe
Cr Mo Si V Mn C
Sestava razlika 5 1,5 1 1 0,4 0,35
Pri izdelavi vzorcev s pomočjo laserskega
navarjanja smo uporabili stroj LENS 850-R
INDUSTRIJSKI FORUM IRT 2013
podjetja Optomec. Vzorci so bili cilindrične
oblike dimenzij D=10 mm in l=100 mm.
Uporabljeni procesni parametri so poslovna
skrivnost. Za material smo uporabili sferični prah
orodnega jekla H-13 in čistega bakra (99,5%)
zrnatosti 0,045-0,16 mm, s čimer smo rešili
problem poroznosti [7]. Nivo kisika v komori je
znašal pod 10 ppm.
3.1 Litje
Za razumevanje razvoja mikrostrukture smo
najprej pregledali lite vzorce. Metalografsko
pripravljene vzorce smo opazovali na svetlobnem
(NIKON EPIPHOT 300) in elektronskem
mikroskopu (Sirion 400 NC, Quanta 200 3D).
Slika 2: Binarni fazni diagram Fe-Cu. Pri sestavi
Fe – 87,5 ut.%Cu pride med strjevanjem
do nastanka peritektične reakcije.
Strjevanje pri tehnologiji litja poteka tako, da
se iz taline L najprej izločijo α pg
Fe primarni grobi
dendriti. Podhladitev ΔTpod je premajhna, da bi
prišlo do razmešanja talin. Pri ohlajanju pri
sestavi 87,5ut.%Cu dobimo več α pg
Fe dendritov,
kot jih je potrebnih za peritektično reakcijo.
L → α pg
Fe
Zaradi prevelike hitrosti ohlajanja poteče
nepopolna peritektična reakcija (L→L'):
α pg
Fe + L → α Cu
223
VPLIV TEHNOLOGIJE IZDELAVE NA RAZVOJ ZLITIN ORODNO JEKLO–BAKER
1
1
2
3
Uroš ARTIČEK , Stanko STEPIŠNIK , Matjaž Milfelner , Ivan ANŽEL
1
2
EMO – Orodjarna, d. o. o., TIC – LENS, d. o. o.
3
Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo
Dendriti reagirajo s talino. To se na sliki 3 vidi
tako, da nastane okoli dendritov plast (reakcijska
cona), ki predstavlja mejo med talino in dendriti –
αCu, reakcija ne more več potekati. Preostala
talina se ohlaja neravnotežno pod peritektično
izotermo Tp.
Iz taline L', ki ni uspela zreagirati pri
peritektični reakciji, se začnejo izločati primarni
fini delci α pf
Fe , nastanejo majhni dendriti, ki ne
vsebujejo več legirnih elementov (Cr, Mo, Si, V,
Mn), ki so se pri višjih temperaturah vezali na
grobe primarne dendrite (slika 4). Pri tem preide
po sestavi L'→L''. Preostala osiromašena talina
L'' preide v αCu, ki vsebuje zanemarljivo malo Fe.
L′
→ α pf
Fe
L′
→ αCu
Slika 1: Prikazuje reakcijsko cono, difuzijo
legirnih elementov v talino okrog
primarnega grobega dendrita. To
področje je osiromašeno z legirnimi
elementi.
legirnih elementov pa zanemarljivo malo, saj se
jih večina izloči v α pg
Fe .
Slika 4: Pri finih primarnih dendritih reakcijske
cone ni, saj niso podvrženi peritektični
reakciji.
Slika 5: Optična mikroskopija litega vzorca.
Prisotna so posamezna zrna brez
dendritov, pri katerih je peritektična
reakcija potekla do konca, in zrna z
dendriti, kjer peritektična reakcija ni
potekla do konca.
3. 2. Tehnologija LENS
Kemijska analiza področja L' kaže manj Fe kot
kemijska analiza področja αCu. Izločanje
precipitatov v trdnem je prisotno, delci so zelo
majhni. Talina, ki je ostala po peritektični reakciji
je zelo bogata na baker in bi imela po
ravnotežnem faznem diagramu 96,7%Cu, ostalih
224
Pri tehnologiji LENS zaradi hitrega ohlajanja v
sistemu H13 – Cu nastopa v zelo razširjenem
koncentracijskem območju topnostna vrzel, pride
do razmešanja talin. Razmešanje talin se kaže kot
razpršene kapljice faze, bogate z železom, v
bakrovi matrici. Grobih primarnih delcev αFe je
veliko manj kot pri litju. Mikrostruktura v
INDUSTRIJSKI FORUM IRT 2013
VPLIV TEHNOLOGIJE IZDELAVE NA RAZVOJ ZLITIN ORODNO JEKLO–BAKER
1
1
2
3
Uroš ARTIČEK , Stanko STEPIŠNIK , Matjaž Milfelner , Ivan ANŽEL
1
2
EMO – Orodjarna, d. o. o., TIC – LENS, d. o. o.
3
Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo
vzdolžni smeri ni homogena, vendar je vseeno
veliko bolj homogena kot pri litih vzorcih. Za
ciklično plastno tehniko nanašanja so značilna
posamezna mejna področja med posameznimi
plastmi. Teoretična debelina plasti je 355 µm.
Mejno področje posamezne plasti je sestavljeno
iz svetlega in temnega pasu, ki je odvisno od
lokalnega toplotnega vpliva in turbulentnega
mehanizma taline pri navarjanju naslednje plasti
(slika 6). Talina L razpade na L1 in L2 (L →L1 +
L2) ; L1 → αFe, L2 → αCu.
zgornjem področju posameznih plasti, ker se med
strjevanjem dvignejo zaradi nižje gostote.
a)
b)
Slika 6: Mikrostruktura plastne gradnje LENS v
vzdolžni smeri je sestavljena iz svetlih in
temnih pasov. Vidni so posamezni veliki
delci taline L1 (αFe).
Ker je talina L1 bogata z železom, se strdi
prva. Fini primarni delci αFe predstavljajo
heterogene kali za nukleacijo in rast zrn αCu.
Področje z večjim deležem razpršenih delcev αFe
vsebuje zelo fina zrna αCu. Primarni globulitni
(sferični) delci faze, bogate z železom (αFe), se
pojavljajo v velikostnem razredu 2-8 µm. Zaradi
hitrega strjevanja nimajo dendritne morfologije.
Pojavljajo se posamezni veliki delci taline L1
(αFe), ki merijo do 100 µm (slika 7). Pojavljajo se
na področjih, kjer so bile ohlajevalne hitrosti
nižje. Variiranje povprečnega radia je rezultat
sočasnega vpliva nukleacije faze, bogate z
železom, in visokega prenasičenja, kar ima za
posledico izjemno hitro rast. V splošnem je efekt
volumskega deleža faze, bogate z železom,
majhen pri danih pogojih. Ti delci se pojavljajo v
INDUSTRIJSKI FORUM IRT 2013
Slika 7: Tipična
mikrostruktura
posamezne
plasti, porazdelitev faz, bogatih z
železom, v bakrovi matrici, posnete z
optično (a) in elektronsko mikroskopijo
(b).
Za tehnologijo LENS je značilna finozrnata
mikrostruktura (slika 7a). Temen pas (širši)
sestavljajo fina zrna αCu, razpršeni fini delci faze
αFe in posamezni veliki delci αFe. V svetlem pasu
(ožji) so zrna αCu večja kot v temnem področju,
delež delcev αFe je manjši, njihova velikost je
manjša in hkrati ne vsebujejo posameznih velikih
delcev. Na sliki je viden vpliv kasnejših plasti;
toplotno vplivanega področja in pretaljenega
področja, kar ima za posledico rast zrn ter
usmerjeno strjevanje.
225
VPLIV TEHNOLOGIJE IZDELAVE NA RAZVOJ ZLITIN ORODNO JEKLO–BAKER
1
1
2
3
Uroš ARTIČEK , Stanko STEPIŠNIK , Matjaž Milfelner , Ivan ANŽEL
1
2
EMO – Orodjarna, d. o. o., TIC – LENS, d. o. o.
3
Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo
Slika 7b prikazuje posnetek elektronske
mikroskopije mejnega področja posamezne plasti,
kjer je svetlo področje na levi in temno na desni
strani.
Vzorci tehnologije LENS so brez razpok [8].
Zlitina H13-87,5ut.%Cu ni nagnjena k nastanku
razpok zaradi prisotnosti zadostne količine bakra,
ki zapolni vse morebitno nastale razpoke. V
manjši
meri
pa
je
prisotna
plinska
mikroporoznost (slika 8).
(a)
Pogoji strjevanja zlitine bistveno vplivajo na
razvoj mikrostrukture in posledično na mehanske
lastnosti. Natezni preizkusi so bili izvedeni na
napravi Zwick/Roell ZO 10. Epruvete
preizkušancev LENS so bile obdelane tako, da je
njihova os vzporedna smeri navarjanja.
Mikrotrdoto pa smo izmerili na napravi Zwick
3212. Na tej napravi določamo trdoto po
Vickersu (HV 0,01). Mikrotrdoto smo izmerili na
različnih področjih mikrostrukture. Na vsakem
vzorcu smo izvedli več meritev in kasneje
izračunali povprečno trdoto posameznega vzorca.
Potrdila se je hipoteza o višji trdoti vzorcev
LENS. Rezultat vzorca LENS je 134 HV 0,01 in
litega 103 HV 0,01.
(b)
Diagram 1: Sigma–epsilon diagram prikazuje
primerjavo litega vzorca in vzorca
LENS H13-87,5ut.%Cu.
5 SKLEP
Slika 8: OM (a) in SEM (b) posnetek
mikrostrukture vzorca LENS kaže mejno
področje, ki je brez vidnih napak med
posameznimi plastmi – depozicija brez
razpok.
4. MEHANSKE LASTNOSTI
226
V prispevku je na grobo predstavljeno naše
raziskovalno delo na področju razvoja zlitine
jeklo-baker s tehnologijo LENS. Zlitino želimo
aplikativno uporabiti pri orodjih za brizganje
plastike z namenom izboljšanja želenih lastnosti
oz. kombinacijo le teh: toplotna prevodnost,
trdnost, obrabna obstojnost itd. V dosedanjih
raziskavah smo prišli do naslednjih zaključkov in
ugotovitev, ki so osnova za nadaljnje delo:
– Rešitev problema vidimo z uporabo
gradientnega materiala, ki bo imel na površini
dobre mehanske lastnosti z visoko obrabno
odpornostjo ter dobro toplotno prevodnost po
volumnu. Med najbolj zanimive zlitinske
sisteme za izdelavo takšne gradientne
INDUSTRIJSKI FORUM IRT 2013
VPLIV TEHNOLOGIJE IZDELAVE NA RAZVOJ ZLITIN ORODNO JEKLO–BAKER
1
1
2
3
Uroš ARTIČEK , Stanko STEPIŠNIK , Matjaž Milfelner , Ivan ANŽEL
1
2
EMO – Orodjarna, d. o. o., TIC – LENS, d. o. o.
3
Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo
–
–
–
–
komponente spada sistem Fe-Cu oz. H13-Cu.
Nastanek razpok, neravnotežno strjevanje in
metastabilne faze so ključne pri razumevanju
problematike in razvoja mikrostrukture. Rešiti
želimo problem nanašanja plasti s tehnologijo
LENS, tako plasti z enako sestavo kakor tudi
plasti, pri katerih se sestava po plasteh
spreminja.
V prvem delu raziskav smo ugotavljali vpliv
hitrosti ohlajanja na razvoj mikrostrukture v
sistemu
H13-Cu.
Primerjali
smo
mikrostrukturo izbrane sestave, ki jo
dosežemo pri majhnih hitrostih ohlajanja in
pri pogojih, ki povzročijo manjše odmike od
termodinamičnega
ravnotežja,
z
mikrostrukturo zlitine z enako kemično
sestavo, ki nastane pri LENS navarjanju
plasti, kjer so hitrosti veliko večje. Ker je pri
LENS tehnologiji nanosov plasti končna
mikrostruktura odvisna še od toplotnega
vpliva strjujoče plasti na spodnjo že strjeno
plast, smo raziskali tudi spremembe v
mikrostrukturi, ki jih povzročijo ti toplotni
vplivi, spremembe, ki se zgodijo v že strjeni
plasti in vpliv na lastnosti. Da bi dobili
popolno sliko, smo raziskali tudi mehanske
lastnosti tako izdelanih komponent.
Mikrostruktura ni homogena, vendar je vseeno
bolj homogena kot pri litih vzorcih, saj se
neugodna dendritna morfologija primarnih
kristalov spremeni v globulitno. Značilna je
fina zrnatost kot posledica hitrega strjevanja.
Rezultati nateznih preizkusov kažejo na
metalurško dobro mejno področje posameznih
plasti, ki so brez vidnih napak. Plastna
gradnja je brez razpok.
Vzorci LENS imajo višjo natezno trdnost kot
liti, liti vzorci pa so bolj duktilni. Vzrok je
mikrostruktura, ki je pri vzorcih LENS bolj
fina in homogena, saj je strjevanje potekalo
mnogo hitreje. Raztezek litih vzorcev je večji
od raztezkov vzorcev LENS. Vzrok je
različno
strjevanje
zlitin.
LENS
mikrostruktura je nastala pri hitrejšem
ohlajanju in strjevanju – metastabilno
strjevanje, kjer se je tvorila matica αCu, ki ima
višjo trdnost (vsebuje več legirnih elementov
in izločkov, zaradi česar je raztezek manjši).
Pri litih vzorcih, kjer je strjevanje počasnejše,
je matica z nižjo trdnostjo (praktično čisti
INDUSTRIJSKI FORUM IRT 2013
baker), kar ima za posledico večji raztezek.
Kaže se trend, da imajo vzorci LENS
nekoliko višjo vrednost elastičnega modula
kot liti, saj pri njih faza αCu vsebuje več
legirnih elementov, kar vpliva na jakost vezi.
– Z uporabo lahko dosežemo, da je toplotni
gradient po celotnem izdelku enak in da lahko
produktivnost orodij za brizganje plastike
bistveno povečamo.
– Uporaba različnih razmerij bakra in jekla v
gradientnih materialih, izdelanih s tehnologijo
LENS, je pomemben mejnik na področju
obvladovanja temperaturnih razmer in
kakovosti končnih izdelkov ob hkratnem
povečanju produktivnosti pri postopku
brizganja plastike.
– Prenos predstavljene kovinske zlitine v
vsakdanjo prakso je bil izveden na orodju za
brizganje plastike, čeprav je možnost uporabe
širša, in sicer pri veliki večini proizvodnih
aplikacij, ki temeljijo na prehodu toplote in
električne prevodnosti.
6 ZAHVALA
Raziskave se financirajo iz Evropskega
socialnega sklada. Javni razpisi za izbor operacij
se izvajajo v okviru Operativnega programa
razvoja človeških virov za obdobje 2007-2013, 1.
razvojne prioritete: Spodbujanje podjetništva in
prilagodljivosti; prednostne usmeritve 1.1:
Strokovnjaki in raziskovalci za konkurenčnost
podjetij.
Viri:
[1] L.J.Swartzendruber: Binary Alloy Phase Diagrams,
ed. T.B.Massalski, ASM, New York, 2nd Ed., 1990, 1,
1408-1409.
[2] TIC – LENS d. o. o. : Uradna spletna stran podjetja
TIC – LENS laserske tehnologije d. o. o. [svetovni
splet]. Dostopno na WWW: http://www.tic-lens.com/
[30.4.2013].
[3] Y. Li, H. Yang, X. Lin, W. Huang, J. Li, Y. Zhou: The
influences of processing parameters on forming
characterizations during laser rapid forming,
Materials Science and Engineering A360 (2003) 18–
25
[4] Weiping Liu, J.N. DuPont : Effects of melt-pool
geometry on crystal growth and microstructure
development in laser surface-melted superalloy single
crystals. Mathematical modeling of single-crystal
227
VPLIV TEHNOLOGIJE IZDELAVE NA RAZVOJ ZLITIN ORODNO JEKLO–BAKER
1
1
2
3
Uroš ARTIČEK , Stanko STEPIŠNIK , Matjaž Milfelner , Ivan ANŽEL
1
2
EMO – Orodjarna, d. o. o., TIC – LENS, d. o. o.
3
Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo
[5]
[6]
[7]
[8]
228
growth in a melt pool, Acta Materialia 52 (2004)
4833–4847
Wenping Jiang, Rajeev Nair, Pal Molian :
Functionally graded mold inserts by laser-based
flexible fabrication: processing modeling, structural
analysis, and performance evaluation, Journal of
Materials Processing Technology 166 (2005) 286–293
M. L. Griffith, M. T. Ensz, J. D. Puskar, C. V. Robino,
J. A. Brooks, J. A. Philliber, J.E. Smugeresky, W. H.
Hofmeister : Understanding the microstructure and
properties of components fabricated by laser
engineered net shaping, Sandia National Laboratories,
Albuquerque, NM 87185, 2000, TX, p.375-382.
D.F. Susan, J.D. Puskar, J.A. Brooks, C.V. Robino :
Quantitative characterization of porosity in stainless
steel LENS powders and deposits, Materials
Characterization 57 (2006) 36–43
Noecker, F. F., II. : Cracking susceptibility of steel copper alloys, Advanced Materials & Processes
(2003), 161(2),22-25
INDUSTRIJSKI FORUM IRT 2013