技術(shù)像新的一樣閃耀著光芒

世紀(jì)以來，鋼鐵一直是機(jī)器和結(jié)構(gòu)的支柱。這一事實(shí)傾向于賦予材料經(jīng)典的性格：畢竟，裝飾感嘆號(hào)的鋼帽，紐約克萊斯勒大廈，來自德國克虜伯的鑄造廠。用于描述東北和中西部地區(qū)的“銹帶”等名稱增加了這一觀點(diǎn)。復(fù)合材料，陶瓷和其他“現(xiàn)代”材料堆疊時(shí)，鋼的陳舊空氣更加明顯。相比之下，甚至鋁也是新的。

然而，有時(shí)它沒有別的東西：鋼鐵仍然是重工業(yè)，工具制造商和許多零部件制造商的首選材料;幾乎沒有古怪的經(jīng)濟(jì)部門。粉末冶金(PM)行業(yè)正在逐漸成熟并發(fā)展為新的應(yīng)用，主要依靠鋼和鋼基合金的強(qiáng)度。此外，鋼鐵供應(yīng)商非常積極地設(shè)計(jì)其產(chǎn)品的新配方，以提高強(qiáng)度，可加工性，耐磨性和耐腐蝕性。

“在過去10年中，全球不銹鋼消費(fèi)量翻了一番，”山特維克公司(新澤西州Fair Lawn)總裁詹姆斯·貝克評(píng)論道。“我們?cè)跉v史上使用的鋼材比以往任何時(shí)候都多。這一事實(shí)促使我們不斷開發(fā)和改進(jìn)我們的鋼鐵產(chǎn)品，工具和工藝。”

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舊的又是新的。山特維克的歷史可以追溯到19世紀(jì)，在那里它開始作為瑞典省的一家公司。那時(shí)，鋼鐵本身就屬于一類，山特維克唯一的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是其他鋼鐵公司，每家公司都傾向于服務(wù)于特定的地理區(qū)域。如今，制造商可以選擇更多種類的材料，鋼鐵公司必須爭(zhēng)先恐后地保持現(xiàn)狀和競(jìng)爭(zhēng)力。

其中一些努力旨在消除使用某些鋼種的一些障礙。特別是不銹鋼需要其高抗拉強(qiáng)度和耐腐蝕性。然而，這種金屬因其難以工作而享有聲譽(yù)：山特維克的聲譽(yù)并不存在爭(zhēng)議。

“從歷史上看，不銹鋼必須加工非常緩慢且工具壽命很長(zhǎng)，”該公司工具制造部門山特維克可樂滿的旋轉(zhuǎn)刀具產(chǎn)品經(jīng)理John Israelsson說。“這會(huì)降低生產(chǎn)率并增加制造成本。”

山特維克作為一項(xiàng)業(yè)務(wù)有六個(gè)獨(dú)立的業(yè)務(wù)，所有這些業(yè)務(wù)都是半自主運(yùn)營。貝克說，他的公司使用這種結(jié)構(gòu)從兩側(cè)攻擊不銹鋼加工。一方面，山特維克鋼鐵公司生產(chǎn)了SANDMAC合金，以減少304和316級(jí)不銹鋼遇到的一些加工難題。另一方面，山特維克可樂滿開發(fā)了M-Line碳化鎢刀片，專門用于加工SANDMAC不銹鋼。

SANDMAC 304和316不銹鋼使用硫化物和氧化物雜質(zhì)，可促進(jìn)斷屑，并在高切削速度下具有潤滑效果。“向不銹鋼中添加雜質(zhì)并不是什么新鮮事，”山特維克鋼鐵公司營銷經(jīng)理Philip Belejchak說。“開發(fā)SANDMAC的真正訣竅是能夠保持耐腐蝕性和強(qiáng)度的理想特性。”

山特維克可樂滿的M-Line刀片具有適合新型不銹鋼的成分，幾何形狀和涂層。刀片具有富鈷表面，以加強(qiáng)其切削刃。正前角幾何形狀促進(jìn)了軟切割型切削作用，延長(zhǎng)了刀具壽命并改善了表面光潔度。鈦碳氮化物和氧化鋁底涂層以及氮化鈦頂涂層可保護(hù)M-Line插件免受熱量影響并防止芯片粘連。M-Line有粗糙，中等和精加工幾何形狀。

不銹鋼的另一個(gè)缺點(diǎn)是它不能很好地磨損。“當(dāng)不銹鋼零件在重負(fù)荷下金屬與金屬接觸時(shí)，這種缺點(diǎn)導(dǎo)致了合金選擇問題，沒有涂層或潤滑的好處，”Carpenter Technology Corp的不銹鋼和高溫合金高級(jí)冶金學(xué)家John Magee說。 (閱讀，PA)“當(dāng)然，當(dāng)潤滑(a)不能到達(dá)配合部件(b)不能使用時(shí)，選擇是有限的，因?yàn)樗赡軙?huì)影響產(chǎn)品純度，或者(c)在高溫下會(huì)分解。”

為了滿足對(duì)提高耐磨性的新型不銹鋼的需求，Carpenter開發(fā)了兩種新型高硅，高錳，氮強(qiáng)化不銹鋼合金，具有優(yōu)異的抗金屬對(duì)金屬磨損和磨損的能力，金屬部件在低速和高負(fù)荷下摩擦在一起。

引入的第一種合金Gall-Tough不銹鋼比傳統(tǒng)的304和316級(jí)不銹鋼具有更高的強(qiáng)度和高溫抗氧化性，具體取決于環(huán)境。該合金基本上是304型或316型升級(jí)，具有大大改善的耐磨性和耐磨性。新牌號(hào)具有高抗拉強(qiáng)度，可延長(zhǎng)金屬與金屬接觸部件的使用壽命，并可在重負(fù)荷下抵抗過度磨損，無需潤滑劑或涂層。

專注于流程。世界各地正在考慮采用改進(jìn)工藝而非新合金配方的解決方案。白俄羅斯國立理工學(xué)院開發(fā)的新熱處理工藝提高了高速鋼部件的性能，使用特性和壽命。

根據(jù)白俄羅斯國立理工學(xué)院的Alexander Shmatov的說法，一種新的硬化和回火方法可以生產(chǎn)出具有高含量的粗和細(xì)碳化物顆粒的所需厚度的硬化表面層，以及具有均勻細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)特征的延性芯。這實(shí)際上改變了高速鋼的結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)出復(fù)合材料。

“與標(biāo)準(zhǔn)熱處理方案相比，該工藝可將沖擊強(qiáng)度提高1.5至2.5倍，并將抗拉強(qiáng)度提高10%至20%，”Shmatov說。“表面硬度HRC 1-6高，核心硬度HRC 1-3低于常規(guī)熱處理后的硬度，有助于改善使用特性。”

在實(shí)踐中，新工藝已證明可有效生產(chǎn)經(jīng)受高沖擊載荷的工具，例如粗加工中使用的小型工具和工具。目前，白俄羅斯和俄羅斯約有10家公司正在采用新工藝生產(chǎn)高速鋼刀具。在捷克共和國，斯洛伐克，中國和德國對(duì)少量硬化立銑刀進(jìn)行了測(cè)試。“這個(gè)過程提供了在加工方式中使用刀具的機(jī)會(huì)，進(jìn)給和切削速度提高了10%到30%，”Shmatov補(bǔ)充道。“更重要的是，

也許最熱門的新金屬成型工藝是金屬注射成型(MIM)。Kinetics Inc.(美國俄勒岡州威爾遜維爾)指出，美國的金屬注塑行業(yè)只有十年之久。盡管如此，據(jù)報(bào)道，北美工業(yè)銷售額接近6000萬美元，并且每年增長(zhǎng)超過30%。該公司是美國第四大MIM供應(yīng)商，將該技術(shù)的日益普及歸功于它為金屬部件提供的設(shè)計(jì)自由度 - 與塑料注塑成型的靈活性相媲美。

Kinetics聲稱該技術(shù)生產(chǎn)的高密度零件具有優(yōu)于粉末冶金的機(jī)械性能，并且與鍛造材料相當(dāng)。MIM工藝首先將精細(xì)金屬粉末與聚合物粘合劑結(jié)合，以產(chǎn)生適合注塑成型的原料。在配混原料之后，將材料注入標(biāo)準(zhǔn)塑料注塑模具中，所述塑料注塑模具設(shè)計(jì)成比所需最終產(chǎn)品大約20%。

由于粘合劑的存在，需要尺寸過大的模具，粘合劑隨后在爐中從模制部件蒸發(fā)。所得部件在高于2,200°F的溫度下燒結(jié)，其將細(xì)金屬顆粒熔合在一起，以可預(yù)測(cè)的方式將部件收縮至最終形狀和尺寸。

用于設(shè)計(jì)塑料部件的許多相同設(shè)計(jì)原理適用于設(shè)計(jì)MIM部件。它們將展示成型過程中的特征，例如分型線，澆口和頂針標(biāo)記。

不銹鋼需要粉末

根據(jù)Precitech，Inc。(魁北克，PQ，加拿大)總裁Louis Desrosiers的說法，選擇不銹鋼的原因有很多。這些可以從美學(xué)(顏色和表面外觀)到基于技術(shù)考慮的那些，例如耐腐蝕和抗氧化性，良好的延展性和耐磨性，高溫和沖擊強(qiáng)度以及可加工性。

“然而，PM不銹鋼材料的耐腐蝕性從未接近于鍛造材料的耐腐蝕性，”Desrosiers指出。“PM部件的固有孔隙率會(huì)增加縫隙腐蝕。”Precitech正在探索多種方法來改善不銹鋼P(yáng)M部件的耐腐蝕性。特別是，燒結(jié)過程顯示出最具成本效益的承諾。

Desrosiers說，Precitech的研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著燒結(jié)溫度的升高，PM部件的耐腐蝕性會(huì)增加。在2,350°F(1,288℃)下燒結(jié)不銹鋼部件促進(jìn)了氧化物的脫氧/還原，這抑制了粉末顆粒的金屬與金屬的結(jié)合。此外，控制燒結(jié)氣氛以優(yōu)化氮吸收導(dǎo)致機(jī)械性能和耐腐蝕性的顯著改善。

傳統(tǒng)上，燒結(jié)在2050°F(1,121℃)的溫度下進(jìn)行，因?yàn)橛糜趯a(chǎn)品輸送通過爐子的金屬帶在該溫度以上具有顯著降低的壽命。高溫?zé)Y(jié) - 加工溫度超過2,100°F(1,150℃) - 可在推進(jìn)器，步進(jìn)梁或真空爐中進(jìn)行，消除了皮帶的限制。

對(duì)PM不銹鋼零件的需求不斷增長(zhǎng)，導(dǎo)致新配方旨在克服其一些缺點(diǎn)。Hoeganaes Corp.(Riverton，NJ)正在通過其Ancor GS-6000系列PM預(yù)混料改善不銹鋼金屬粉末的綠色(預(yù)燒結(jié))強(qiáng)度。用不銹鋼粉末生產(chǎn)的零件傳統(tǒng)上具有固有的低生坯強(qiáng)度。這使得在燒結(jié)期間形成腐蝕形成間隙。添加Ancor-6000預(yù)混料可提高粉末不銹鋼部件的生坯強(qiáng)度，從而提高耐腐蝕性。