METAL INJECTION MOLDING
METALE I STOPY
Technologia MIM pozwala na wykorzystanie szerokiego zakresu materiałów metalicznych – od stali nierdzewnych i niskostopowych, po stopy wolframu oraz inne wymagające materiały.
Oferujemy wsparcie techniczne w zakresie doboru i przetwarzania wszystkich typów surowców stosowanych w procesie MIM, stanowiąc tym samym realną alternatywę dla innych metod formowania, w tym odlewania stopów niklu wykorzystywanych w przemyśle lotniczym.
PIERWIASTKI CHEMICZNE
JAKIE MATERIAŁY
WYBRAĆ?
Właściwy dobór surowca na samym początku projektu determinuje jego techniczny i ekonomiczny sukces.
Pokażemy Ci, gdzie dany materiał ma sens, a gdzie lepiej poszukać alternatywy.
Standardowe stopy metali w MIM
Wybierając technologię MIM, materiały należy traktować jako kluczowe narzędzie do optymalizacji kosztów i właściwości gotowego produktu. Teoretycznie każdy proszek metalu, który da się spiekać w wysokich temperaturach, może zostać połączony z lepiszczem i uformowany wtryskowo. W praktyce jednak przemysł skupia się na stopach, które oferują najlepszy stosunek ceny do zaawansowanych parametrów mechanicznych, eliminując konieczność kosztownej obróbki skrawaniem.
Technologia ta pozwala wytwarzać bardzo złożone komponenty, na które zapotrzebowanie stale rośnie w branży medycznej, zbrojeniowej czy lotniczej. W naszej firmie stal nierdzewna stanowi ponad 60 procent wszystkich produkowanych elementów. To wyraźnie dowodzi, że klasyczne stopy inżynieryjne doskonale sprawdzają się w wielkoseryjnej, opłacalnej produkcji wtryskowej.
Zdecydowanie najpopularniejsza stal nierdzewna MIM to gatunek AISI 316L. Wyróżnia się ona doskonałą odpornością na korozję, co czyni ją naturalnym wyborem dla narzędzi medycznych, komponentów pracujących w środowisku wodnym czy luksusowych zegarków. Jeśli detal wymaga znacznie wyższej twardości i wytrzymałości, do gry wchodzi stal 17-4PH, która po utwardzeniu wydzieleniowym idealnie sprawdza się w lotnictwie i zaawansowanym przemyśle maszynowym.
Stale niskostopowe to z kolei sprawdzony wybór dla branży motoryzacyjnej i produkcji elektronarzędzi. Oferują one świetne parametry wytrzymałościowe przy stosunkowo niskich kosztach surowca. Znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie komponent musi znosić duże obciążenia mechaniczne, ale nie jest narażony na agresywne środowisko korozyjne.
Zaawansowane i specjalistyczne materiały
Tam, gdzie klasyczna stal nie daje rady, do akcji wkraczają materiały do zadań specjalnych. Stopy tytanu MIM, takie jak Ti Grade 2 czy Ti-6Al-4V, to absolutna podstawa dla nowoczesnej ortopedii oraz przemysłu kosmicznego. Cechują się one fenomenalnym stosunkiem wytrzymałości do masy oraz pełną biokompatybilnością, co pozwala na tworzenie lekkich, a jednocześnie niezwykle trwałych implantów.
Stale narzędziowe (np. M2, M4, HSS) oraz węgliki spiekane to z kolei domena produkcji precyzyjnych narzędzi skrawających i elementów narażonych na ekstremalne ścieranie.
Formowanie wtryskowe tych materiałów eliminuje konieczność żmudnego szlifowania twardych bloków metalu, co drastycznie obniża koszty produkcji skomplikowanych końcówek roboczych czy matryc.
Osobną, wysoce wyspecjalizowaną grupę stanowią metale ciężkie i stopy wolframu. Dzięki swojej ogromnej gęstości, są one niezastąpione w produkcji osłon przed promieniowaniem oraz przeciwwag w lotnictwie i Formule 1. Technologia MIM pozwala na precyzyjne kształtowanie tych trudnych w obróbce materiałów, co w tradycyjnych procesach byłoby nieopłacalne lub technologicznie ograniczone.
OGRANICZENIA MATERIAŁOWE ORAZ WYZWANIA
Nie każdy detal warto robić w ten sposób i mówimy o tym otwarcie. Zdarza się, że teoretyczna kompatybilność materiału rozbija się o brutalną rzeczywistość ekonomiczną. Przykładem może być miedź, której formowanie jest jak najbardziej możliwe, ale z powodu problemów z adhezją do niektórych lepiszczy i specyfiki spiekania, projekt taki często przegrywa kosztowo z tradycyjną obróbką skrawaniem.
Ogromnym wyzwaniem technologicznym jest praca z czystym tytanem oraz jego stopami. Tytan wykazuje ogromną reaktywność w wysokich temperaturach, co wymusza stosowanie wysoce zaawansowanych pieców próżniowych oraz rygorystycznej kontroli atmosfery. Cykle produkcyjne są w tym przypadku dłuższe i droższe, a najmniejszy błąd na etapie spiekania prowadzi do utlenienia i zniszczenia całej partii.
Podobnie sytuacja wygląda przy stykach z metalami twardymi i stalami narzędziowymi. Wymagają one bardzo wysokich temperatur spiekania, nierzadko sięgających rzędu 1280 do 1370 stopni Celsjusza. Opanowanie precyzyjnego skurczu tak twardych i kruchych materiałów wymaga ogromnego doświadczenia od inżynierów projektujących formę wtryskową.
Materiały silnie lotne, łatwo utleniające się lub toksyczne, takie jak beryl, ołów, mangan czy magnez, są wysoce problematyczne w technologii formowania wtryskowego. Praca z nimi wymaga specjalistycznego podejścia, a często z punktu widzenia kosztów i bezpieczeństwa ich stosowanie po prostu nie ma sensu.
SPIS STALI NAJCZĘŚCIEJ WYKORZYSTYWANYCH
MATERIAŁÓW W METAL INJECTION MOLDING
Materiały specjalne
Miedź - stopy miedzi są materiałami trudnymi do wtrysku, natomiast cechują się świetną przewodnością cieplną i elektryczną i wykorzystywane są wszędzie gdzie występuje przewodzenie prądu elektrycznego. Materiały te cechują się gęstością >8,5g/cm3, wytrzymałością na rozciąganie >180Mpa i twardością w przedziale 35~45 HRB.
Stopy niklu - odporne na korozję z dobrą przewodnością elektryczną, przeznaczone do części elektrycznych. Cechuje się gęstością >8,6g/cm3 i twardością na poziomie 63 HRC.
ASTM F15 - tzw. Kovar. Tworzy trwałe i hermetyczne połączenia między metalem a szkłem lub ceramiką. Materiał ten zaprojektowano tak, aby jego rozszerzalność cieplna była precyzyjnie dostosowana do rozszerzalności określonych rodzajów szkła i ceramiki. Przeznaczony do części mikroelektronicznych. Cechuje się gęstością >7,7g/cm3, wytrzymałością na rozciąganie >450Mpa i twardością na poziomie 65 HRB.
ASTM F75 - międzynarodowy standard materiałowy dla stopu kobaltowo-chromowo-molibdenowego. Charakteryzuje się wyjątkową biokompatybilnością, wysoką wytrzymałością mechaniczną oraz doskonałą odpornością na zużycie i korozję. Cechuje się gęstością >8,3g/cm3, wytrzymałością na rozciąganie >992Mpa oraz twardością na poziomie 25 HRC.
ASTM F1537 - międzynarodowa norma określająca wymagania dla kutych stopów kobaltowo-chromowo-molibdenowych. Materiał ten jest powszechnie stosowany w inżynierii medycznej do produkcji implantów chirurgicznych. Cechuje się gęstością >8,3g/cm3, wytrzymałością na rozciąganie >1103Mpa oraz twardością na poziomie 32 HRC.
Stale niskostopowe
4605 - wyjątkowo wytrzymała, z bardzo dobrą ciągliwością, dobra do narzędzi ręcznych i produktów konsumenckich. Cechuje się gęstością >7,5g/cm3, wytrzymałością na rozciąganie >600Mpa i twardością 90 HV10.
Fe02Ni - stal niklowa oraz stop magnetyczny wykorzystywana w częściach elektrycznych. Cechuje się gęstością >7,55g/cm3, wytrzymałością na rozciąganie >260Mpa oraz twardością 90 HV10.
Fe04Ni - stal niklowa wykorzystywana do produkcji części elektrycznych. Cechuje się gęstością >7,6g/cm3, wytrzymałością na rozciąganie >630Mpa i twardością na poziomie 90 HV10.
Fe08Ni - stal niklowa wykorzystywana do produkcji części elektrycznych. Cechuje się gęstością 7,65g/cm3, wytrzymałością na rozciąganie >630Mpa oraz twardością na poziomie 90 HV10.
Fe03Si - stal cechująca się wysoką rezystancją elektryczną, dobra do części elektrycznych. Cechuje się gęstością >7,55g/cm3, wytrzymałością na rozciąganie >227Mpa oraz twardością na poziomie 100~180 HV10.
Fe50Ni - miękko skupny stop żelaza i niklu o wysokiej przepuszczalności, często stosowany w mikrosilnikach. Cechuje się gęstością >7,85g/cm3, wytrzymałością na rozciąganie >468Mpa i twardością w zakresie 110~180 HV10.
Fe50Co - wysokowydajny, miękko magnetyczny stop na bazie żelaza i kobaltu o wysokiej przepuszczalności, często stosowany w mikrosilnikach. Cechuje się gęstością >7,5g/cm3, wytrzymałością na rozciąganie >300Mpa i twardością na poziomie 80 HRB.
Stale nierdzewne
316L - odporna na korozję, dobra do komponentów elektronicznych i części zegarmistrzowskich. Cechuje się gęstością >7,85g/cm3, wytrzymałością na rozciąganie >450 Mpa i twardością 100-150 HV10.
304 - wysoka wytrzymałość, dobra do części elektronicznych i mikroprzekładni. Cechuje się gęstością >7,75g/cm3, wytrzymałością na rozciąganie >480Mpa i twardością 100-150 HV10.
420 - wysoka wytrzymałość, dobra do maszyn pneumatycznych, sztućców i narzędzi. Cechuje się gęstością >7,55g/cm3, wytrzymałością na rozciąganie >750Mpa i twardością w przedziale 30~39 HRC.
440C - odporna na tarcie i korozję, dobra do narzędzi ręcznych i sprzętu sportowego. Cechuje się gęstością >7,5g/cm3, wytrzymałością na rozciąganie >700Mpa i twardością w przedziale 30~39 HRC.
17-4 PH spiekana - odporna na korozję i wysoce wytrzymała, dobra do części medycznych, stomatologicznych i chirurgicznych. Cechuje się gęstością >7,65g/cm3, wytrzymałością na rozciąganie >950Mpa i niższą twardością w przedziale 25~30 HRC.
17-4 PH hartowana - odporna na korozję i wysoce wytrzymała, dobra do części medycznych, stomatologicznych i chirurgicznych. Cechuje się gęstością >7,7g/cm3, wytrzymałością na rozciąganie >1100Mpa i podwyższoną twardością w przedziale 35~40 HRC.
P.A.N.A.C.E.A. - austenistyczny stop stali nierdzewnej bez niklu. Charakteryzuje się wysoką zawartością azotu i jest niemagnetyczny. Przeznaczony przede wszystkim do elektroniki. Cechuje się gęstością >7,5g/cm3, wytrzymałością na rozciąganie >1090Mpa oraz twardością 270~300 HV10.
Znając zakres materiałów wykorzystywanych w technologii Metal Injection Molding oraz wszystkie ograniczenia, sprawdź jak nasza technologia wypada na tle popularnych rozwiązań w branży.
MIM VS.
DIE CASTING
MIM VS.
POWDER METALLURGY
MIM VS.
OBRÓBKA CNC
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