Metal Injection Molding 42CrMo4 (40HM) - właściwości, spiekanie i obróbka cieplna
Czym jest Metal Injection Molding w przypadku stali 42CrMo4 (40HM)?
Metal Injection Molding (MIM) to technologia wytwarzania precyzyjnych elementów metalowych poprzez formowanie wtryskowe mieszanki proszku metalu i lepiszcza, a następnie jej spiekanie. W przypadku stali niskostopowej 42CrMo4 (40HM) proces ten pozwala uzyskać komponenty o wysokiej gęstości i bardzo dobrych parametrach wytrzymałościowych.
42CrMo4 to stal chromowo-molibdenowa o szerokim zastosowaniu przemysłowym. Dodatek chromu i molibdenu zwiększa hartowność, wytrzymałość i odporność na zużycie, natomiast mangan poprawia hartowność i wpływa korzystnie na skrawalność. Dzięki temu materiał łączy:
- wysoką wytrzymałość na rozciąganie,
- dobrą granicę plastyczności,
- odpowiednią ciągliwość,
- bardzo dobrą podatność na obróbkę cieplną.
W technologii Metal Injection Molding umożliwia to produkcję skomplikowanych geometrycznie części o parametrach porównywalnych z elementami obrabianymi tradycyjnie.
Skład chemiczny i właściwości mechaniczne po spiekaniu
Stal 42CrMo4 (40HM) jest stopem żelaza z dodatkiem chromu (ok. 0,9–1,2%), molibdenu (0,15–0,30%), węgla (0,30–0,50%), krzemu i manganu (w zależności od wariantu).
W procesie Metal Injection Molding istotna jest kontrola zawartości węgla w końcowym spieku - zazwyczaj utrzymuje się ona w przedziale 0,30–0,50%. Typowe właściwości mechaniczne elementów MIM 42CrMo4 po spiekaniu to:
- gęstość ≥ 7,5 g/cm³,
- wytrzymałość na rozciąganie ≥ 700 MPa,
- granica plastyczności ≥ 500 MPa,
- twardość ≥ 200 HV,
- wydłużenie ≥ 5%.
Już w stanie spiekanym materiał zapewnia dobre połączenie wytrzymałości i plastyczności, jednak pełny potencjał ujawnia się dopiero po odpowiedniej obróbce cieplnej.
Parametry spiekania i mikrostruktura w Metal Injection Molding
W technologii Metal Injection Molding stal 42CrMo4 spieka się zazwyczaj w zakresie 1000 - 1300°C, najczęściej w atmosferze azotu. Temperatura spiekania ma kluczowy wpływ na eliminację porowatości, osiąganą gęstość, rozwój mikrostruktury, wytrzymałość i twardość końcową.
Wraz ze wzrostem temperatury obserwuje się poprawę gęstości (maksimum zwykle w okolicach 1300°C), wzrost wytrzymałości na rozciąganie oraz zmiany mikrostrukturalne od mieszaniny perlitu i austenitu (niższe temperatury) do struktury z przewagą bainitu przy wyższych temperaturach.
Co istotne, przy odpowiednim doborze parametrów możliwe jest niemal całkowite wyeliminowanie porowatości typowej dla wyrobów proszkowych, co przekłada się na stabilne właściwości mechaniczne.
Obróbka cieplna MIM 42CrMo4 - jak zwiększyć wytrzymałość do 1500 MPa?
Metal Injection Molding pozwala na dalsze wzmacnianie właściwości poprzez klasyczną obróbkę cieplną:
- Hartowanie: nagrzewanie do ok. 845°C, wygrzewanie do wyrównania temperatury w przekroju, następnie hartowanie w oleju.
- Wyżarzanie: nagrzewanie do ok. 880°C i powolne chłodzenie w piecu - poprawa obrabialności i redukcja naprężeń.
- Odpuszczanie (200–650°C) - temperatura odpuszczania decyduje o kompromisie między twardością a wytrzymałością.
Przykładowo:
- odpuszczanie w ~316°C może dać wytrzymałość na poziomie ok. 1500 MPa,
- odpuszczanie w ~540°C obniża wytrzymałość do ok. 850 MPa, zwiększając plastyczność.
Po hartowaniu i odpuszczaniu elementy MIM 42CrMo4 osiągają:
- wytrzymałość na rozciąganie ≥ 1500 MPa,
- twardość ≥ 400 HV,
- gęstość ≥ 7,5 g/cm³.
W praktyce oznacza to możliwość stosowania tych części w aplikacjach silnie obciążonych dynamicznie i zmęczeniowo.
Zastosowania i porównanie z innymi stalami stopowymi
Dzięki połączeniu wysokiej wytrzymałości, odporności na zużycie i dobrej obrabialności, elementy wytwarzane metodą Metal Injection Molding z 42CrMo4 (40HM) znajdują zastosowanie m.in. w przemyśle motoryzacyjnym, sektorze oil & gas, mechanice precyzyjnej, produkcji kół zębatych, sprzęgieł, wrzecion, śrub i nakrętek, komponentach siłowników i układów pneumatycznych.
W porównaniu do stali 4340 (40HNMA), 42CrMo4 jest zazwyczaj tańsza, łatwiejsza w obróbce i spawaniu oraz bardziej odporna na zużycie, choć 4340 oferuje wyższą wytrzymałość zmęczeniową i lepsze właściwości w podwyższonych temperaturach.
Podsumowanie
Metal Injection Molding w połączeniu ze stalą 42CrMo4 (40HM) pozwala produkować złożone geometrycznie części o wysokiej gęstości i parametrach sięgających 1500 MPa wytrzymałości na rozciąganie po obróbce cieplnej. Kluczowe znaczenie ma kontrola składu chemicznego, temperatury spiekania oraz właściwie dobrany cykl hartowania i odpuszczania.
Dzięki temu MIM 42CrMo4 stanowi efektywne rozwiązanie dla producentów poszukujących wytrzymałych, precyzyjnych i powtarzalnych komponentów do zastosowań przemysłowych.
ROBERT BIELAK
kierownik projektu MIM
rbielak@jg-mat.pl
greszka@jg-group.pl
prezes i założyciel JG Group
GRZEGORZ RESZKA
ZAPRASZAMY DO KONTAKTU
Z NASZYMI EKSPERTAMI
JESTEŚ ZAINTERESOWANY
WSPÓŁPRACĄ?
GODZINY PRACY
Poniedziałek-piątek
7:00 do 16:00
SIEDZIBA FIRMY
JG Machines and Tools Sp. z o.o.
ul. Ignacego Mościckiego 1 24-110