فولاد ماریجینگ (Maraging)
فولاد ماریجینگ محکم‌ترین فولاد پرینت سه بعدی است: پس از پیرسختی به استحکام کششی حدود 2000 مگاپاسکال و سختی بیش از 50 راکول سی میرسد. ویژگی کلیدی‌اش این است که پس از چاپ نرم و راحت ماشینکاری میشود و بعد با یک عملیات حرارتی ساده سخت میشود؛ برای همین برای اینسرت قالب تزریق با کانال خنک‌کاری هم‌شکل و ابزارسازی انتخاب اول است. مادا تکنولوژی قطعات فلزی را با پرینت SLM تا ابعاد 160 × 160 × 160 میلیمتر می‌سازد.
- 2080 MPaاستحکام کششی پس از پیرسختی
- 50–56 HRCسختی پس از پیرسختی
- 33–37 HRCسختی پس از چاپ؛ قابل ماشینکاری
- 160 × 160 × 160حجم ساخت SLM مادا (میلیمتر)
فولاد ماریجینگ چیست؟
فولاد ماریجینگ، نامی از ترکیب «مارتنزیت» و «پیرسختی»، فولادی است که سختیاش را از کربن نمی‌گیرد؛ کربن آن حداکثر 0.03 درصد است. استحکام و سختی این فولاد از ذرات بسیار ریز ترکیبات نیکل، کبالت، مولیبدن و تیتانیوم به دست می‌آید که در عملیات پیرسختی تشکیل می‌شوند. گرید رایج آن در پرینت فلزی، 1.2709 یا 18Ni300 است.
کربن کم، این فولاد را برای ذوب و انجماد سریع لیزری مناسب می‌کند. نتیجه، قطعه‌ای است که پس از چاپ نرم و ماشین‌کاری‌پذیر است و پس از پیرسختی، به یکی از محکم‌ترین فلزات قابل چاپ تبدیل میشود.
- نوع
- فولاد ابزار ماریجینگ، 1.2709
- روش ساخت
- پرینت فلزی SLM، ماشینکاری، سپس پیرسختی
- مزیت اصلی
- استحکام و سختی بسیار بالا پس از پیرسختی
- محدودیت اصلی
- ضدزنگ نیست و پس از پیرسختی شکل‌پذیری کمی دارد
خواص فنی فولاد ماریجینگ
| خاصیت | پس از چاپ | پس از پیرسختی |
|---|---|---|
| استحکام کششی | 1200 MPa | 2080 MPa |
| استحکام تسلیم | 1020–1050 MPa | 2010 MPa |
| ازدیاد طول تا شکست | 11–13 % | 3–4 % |
| سختی | 33–37 HRC | 50–56 HRC |
| نیکل | 17–19 % |
|---|---|
| کبالت | 8.5–9.5 % |
| مولیبدن | 4.5–5.2 % |
| تیتانیوم | 0.6–0.8 % |
| کربن | ≤ 0.03 % |
| کروم | ≤ 0.5 % |
| استحکام خستگی پس از عملیات حرارتی | 650 MPa |
مقادیر طبق دیتاشیت رسمی یک سازندهٔ بزرگ دستگاه SLM. پیرسختی 6 ساعت در 490 درجه؛ ازدیاد طول به چیدمان و بار حرارتی هر ساخت بستگی دارد. سازنده می‌گوید ناهمسانی خواص در جهت‌های مختلف با عملیات حرارتی مناسب کم یا برطرف میشود.
ترتیب درست: اول ماشینکاری، بعد پیرسختی
بزرگ‌ترین مزیت ماریجینگ برای قالب‌سازها همین ترتیب است: قطعه در حالت نرم ماشینکاری میشود و بعد سخت میشود، نه برعکس. سازنده عملیات حرارتی دو مرحله‌ای را این‌طور اعلام می‌کند:
چاپ
قطعه با سختی حدود 33 تا 37 راکول سی ساخته میشود؛ هنوز نرم و ماشین‌کاری‌پذیر است.
انحلال
2 ساعت در 940 درجه و سرد شدن سریع در هوا تا دمای اتاق؛ ساختار را برای پیرسختی آماده می‌کند.
ماشینکاری
سطوح دقیق، رزوه‌ها و جای اتصال در همین حالت نرم‌تر ماشینکاری می‌شوند.
پیرسختی
6 ساعت در 490 درجه و سرد شدن در هوا، برای بیشترین سختی حدود 54 راکول سی؛ دمای پیرسختی کمتر، سختی کمتری میدهد.
پرداخت نهایی
پس از پیرسختی هم قطعه قابل ماشینکاری، اسپارک، جوشکاری، پولیش و پوشش‌دهی است؛ تغییر ابعاد در پیرسختی کم است، اما صفر نیست.
عملیات حرارتی مورد نیاز هر قطعه پیش از ساخت با کارشناسان مادا تکنولوژی هماهنگ میشود.
اینسرت قالب با کانال خنک‌کاری هم‌شکل
در قالب‌سازی سنتی، کانال آب با مته و به صورت خطوط مستقیم ساخته میشود و نمی‌تواند فرم خمیدهٔ قطعه را دنبال کند؛ بخش‌هایی از قالب دیرتر خنک می‌شوند و قطعه تاب برمی‌دارد. پرینت فلزی اجازه میدهد کانال‌ها با فاصلهٔ تقریباً یکسان از سطح حفرهٔ قالب حرکت کنند. سازنده، ابزار و اینسرت قالب تزریق را کاربرد شاخص این فولاد معرفی می‌کند.
فاصلهٔ یکنواخت از سطح
کانال‌ها با فاصلهٔ یکسان از سطح حفره، دمای قالب را یکنواخت‌تر می‌کنند.
مقطع خودنگهدار
سقف کانال‌های افقی را قطره‌ای یا جناغی طراحی کنید تا بدون ساپورت ساخته شود.
خروج پودر
کانال‌ها باید ورودی و خروجی داشته باشند تا پودر باقی‌مانده کامل خارج شود.
دیوارهٔ کافی
دیوارهٔ بین کانال و سطح حفره باید فشار تزریق را تحمل کند.
فولاد ماریجینگ ضدزنگ نیست
طبق ترکیب رسمی سازنده، کروم این فولاد حداکثر 0.5 درصد است؛ در حالی که فولادهای ضدزنگ بیش از 10 درصد کروم دارند. پس قطعه و قالب ماریجینگ در رطوبت و در تماس با آب خنک‌کاری زنگ میزند. برای قالبها، پوشش سطحی یا آب خنک‌کاری محافظت‌شده در نظر گرفته میشود؛ برای قطعه‌ای که مقاومت به خوردگی می‌خواهد، فولاد ضدزنگ 316L مناسب‌تر است.
فولاد ماریجینگ در مقایسه با فلزات دیگر
فولاد ماریجینگ را کنار فولاد ضدزنگ 316L، کبالت کروم، تیتانیوم و آلیاژ نیکل روی نمودار ببینید یا فلزات و پارامترهای دیگر را انتخاب کنید.
دنبال چه چیزی هستی؟ یک کاربرد را انتخاب کن تا متریال‌های مناسبش روشن شوند
🏆 برندهٔ هر پارامتر بین متریال‌های انتخاب‌شده
| پارامتر | 316L | Aluminium | Titanium | Cobalt Chrome | Maraging | Nickel Alloy |
|---|---|---|---|---|---|---|
| استحکام | 5 | 4 | 8 | 8 | 10 | 8 |
| سختی و مقاومت سایش | 4 | 3 | 5 | 9 | 8 | 6 |
| مقاومت به خوردگی | 9 | 6 | 9 | 9 | 4 | 9 |
| مقاومت حرارتی | 6 | 3 | 7 | 8 | 6 | 10 |
| سبکی | 2 | 10 | 7 | 2 | 2 | 1 |
| رسانایی حرارتی | 3 | 9 | 2 | 2 | 3 | 2 |
| ماشین‌کاری‌پذیری | 7 | 9 | 4 | 3 | 6 | 2 |
| صرفهٔ اقتصادی | 8 | 8 | 3 | 4 | 5 | 2 |
جمع‌بندی و پیشنهاد
امتیازها نسبی و از 0 تا 10 هستند و بر اساس خواص شناخته‌شدهٔ هر نوع متریال تعیین شده‌اند؛ برای انتخاب اولیه به کار می‌روند و جای دیتاشیت را نمی‌گیرند. عدد دقیق خواص در صفحهٔ هر متریال آمده و خواص گریدهای مختلف یک متریال با هم فرق دارد؛ پیش از ساخت، انتخاب با کارشناسان بررسی میشود.
ماریجینگ یا فلزات دیگر؟
فولاد ضدزنگ 316L
برای مقاومت به خوردگی و هزینهٔ کمتر، وقتی سختی بالا لازم نیست. فولاد 316L
کبالت کروم
برای سایش و خوردگی هم‌زمان. کبالت کروم
آلیاژ نیکل
برای کار طولانی در دمای بالا. آلیاژ نیکل (اینکونل)
تیتانیوم
وقتی سبکی مهم‌تر از سختی است. تیتانیوم
آلومینیوم
برای قطعات سبک و انتقال حرارت با بار کمتر. آلومینیوم
نکات طراحی قطعه برای پرینت ماریجینگ
اضافهٔ ماشینکاری
روی سطوح حفرهٔ قالب، جای اتصال و رزوه‌ها اضافهٔ ماشینکاری بگذارید؛ ماشینکاری پیش از پیرسختی آسان‌تر است.
سطوح شیب‌دار و ساپورت
سطوح خیلی افقی ساپورت فلزی لازم دارند؛ تا جای ممکن سطوح را شیب‌دار طراحی کنید.
گوشه‌های گرد
پس از پیرسختی ازدیاد طول فقط 3 تا 4 درصد است؛ گوشه‌های تیز در قطعات پرتنش، محل شروع ترک‌اند.
ضخامت یکنواخت
تغییر ناگهانی ضخامت، تنش حرارتی را در چاپ و عملیات حرارتی متمرکز می‌کند.
اینسرت به جای قالب کامل
معمولاً فقط بخش پیچیدهٔ قالب به صورت اینسرت چاپ میشود و بقیه به روش سنتی ساخته میشود.
پس‌پردازش قطعات ماریجینگ
تنش‌گیری و جدا کردن از صفحه
قطعه پس از تنش‌گیری حرارتی از صفحهٔ ساخت جدا و ساپورت‌ها برداشته می‌شوند.
سندبلاست
سطح زبر پس از چاپ با سندبلاست یکدست میشود.
ماشینکاری
سطوح دقیق، حفرهٔ قالب و رزوه‌ها در صورت نیاز ماشینکاری می‌شوند.
پرداخت‌های دیگر
طبق دیتاشیت سازنده، قطعه در هر دو حالت پس از چاپ و پس از پیرسختی، قابل ماشینکاری، اسپارک، جوشکاری، ساچمه‌زنی، پولیش و پوشش‌دهی است.
ویژگی‌های کلیدی فولاد ماریجینگ
محکم‌ترین فولاد قابل چاپ
استحکام کششی حدود 2080 مگاپاسکال پس از پیرسختی.
سختی بالا
50 تا 56 راکول سی پس از پیرسختی.
ماشینکاری پیش از سخت‌کاری
سختی 33 تا 37 راکول سی پس از چاپ؛ ماشینکاری آسان‌تر.
پیرسختی در دمای پایین
490 درجه؛ بدون سرد کردن ناگهانی در روغن.
کانال خنک‌کاری هم‌شکل
کانال‌هایی که فرم قالب را دنبال می‌کنند و با مته ساخته نمی‌شوند.
مقاوم به خستگی
استحکام خستگی حدود 650 مگاپاسکال پس از عملیات حرارتی.
کاربردهای فولاد ماریجینگ در پرینت سه بعدی
اینسرت قالب تزریق
اینسرت‌هایی با کانال خنک‌کاری هم‌شکل.
پرینت سه بعدی در تولید انبوهابزار و قالب کم‌تیراژ
ابزارهای پیچیده‌ای که ساخت سنتی‌شان کند است.
پرینت سه بعدی در تولید انبوهقطعات مهندسی پرتنش
قطعات مکانیکی که استحکام بسیار بالا می‌خواهند.
پرینت سه بعدی در مهندسیقطعات مسابقه‌ای
قطعات خودرو و موتورسیکلت مسابقه‌ای زیر بار زیاد.
پرینت سه بعدی در خودروسازیفیکسچر و نگهدارندهٔ سخت
نگهدارنده‌هایی که سایش و ضربه می‌بینند.
پرینت سه بعدی در مهندسینمونهٔ ابزار پژوهشی
نمونه‌سازی ابزار و قالب برای آزمون.
پرینت سه بعدی در تحقیق و توسعه
محدودیت‌های فولاد ماریجینگ و جایگزین‌ها
زنگ میزند
ضدزنگ نیست؛ در رطوبت به پوشش یا نگهداری مناسب نیاز دارد. برای خوردگی، 316L.
شکل‌پذیری کم پس از پیرسختی
ازدیاد طول 3 تا 4 درصد؛ برای قطعات ضربه‌پذیر، پیرسختی کمتر یا فلز دیگر.
نیاز به عملیات حرارتی
بدون پیرسختی، استحکام و سختی به عددهای جدول نمی‌رسد.
دمای کار
نزدیک دمای پیرسختی، خواص فولاد تغییر می‌کند؛ برای کار طولانی در دمای بالا، آلیاژ نیکل.
وزن
چگالی در حد فولاد معمولی؛ برای قطعات سبک، تیتانیوم یا آلومینیوم.
ابعاد
حجم ساخت SLM مادا 160 × 160 × 160 میلیمتر است.
سوالات متداول فولاد ماریجینگ
فولاد ماریجینگ چیست؟
فولادی با کربن بسیار کم که سختی و استحکامش را از رسوب ترکیبات نیکل، کبالت، مولیبدن و تیتانیوم در عملیات پیرسختی می‌گیرد؛ گرید رایج آن 1.2709 یا 18Ni300 است.
استحکام فولاد ماریجینگ پرینت‌شده چقدر است؟
طبق دیتاشیت رسمی یک سازندهٔ بزرگ دستگاه SLM، پس از پیرسختی استحکام کششی حدود 2080 و تسلیم حدود 2010 مگاپاسکال با سختی 50 تا 56 راکول سی.
چرا ماریجینگ پیش از پیرسختی ماشینکاری میشود؟
چون پس از چاپ سختیاش 33 تا 37 راکول سی است و راحتتر ماشینکاری میشود؛ پس از پیرسختی به 50 تا 56 میرسد.
پیرسختی ماریجینگ چطور انجام میشود؟
طبق دیتاشیت سازنده، پس از انحلال 2 ساعته در 940 درجه، پیرسختی 6 ساعت در 490 درجه و سرد شدن در هوا؛ دمای کمتر سختی کمتری میدهد.
آیا پیرسختی ابعاد قطعه را تغییر میدهد؟
تغییر ابعاد کم است اما صفر نیست؛ برای تلرانسهای بسته، ماشینکاری نهایی یا اضافهٔ کوچک در نظر گرفته میشود.
آیا فولاد ماریجینگ زنگ میزند؟
بله؛ کروم آن حداکثر 0.5 درصد است و ضدزنگ نیست. قالبها به پوشش سطحی یا نگهداری مناسب نیاز دارند.
کانال خنک‌کاری هم‌شکل چیست؟
کانال آبی که با فاصلهٔ تقریباً یکسان از سطح حفرهٔ قالب حرکت می‌کند و فقط با پرینت فلزی ساخته میشود؛ دمای قالب را یکنواخت‌تر می‌کند.
ماریجینگ بهتر است یا 316L؟
برای استحکام و سختی بالا، ماریجینگ؛ برای مقاومت به خوردگی و هزینهٔ کمتر، 316L.
حداکثر ابعاد قطعهٔ ماریجینگ چقدر است؟
حجم ساخت پرینت SLM مادا تکنولوژی 160 × 160 × 160 میلیمتر است؛ برای قالبهای بزرگ، فقط اینسرت پیچیده چاپ میشود.
هزینهٔ پرینت قطعهٔ ماریجینگ چطور محاسبه میشود؟
بر اساس حجم و ارتفاع قطعه، ساپورت، عملیات حرارتی و ماشینکاری؛ فایل را برای بررسی فنی بفرستید.
فایل سه بعدی قطعه یا اینسرت را بفرستید؛ مسیر ساختش را بررسی می‌کنیم
کارشناسان مادا تکنولوژی بر اساس بار، سختی مورد نیاز، محیط کار و ابعاد قطعه، ماریجینگ یا فلز مناسب دیگر، جهت ساخت، ماشینکاری و عملیات حرارتی لازم را بررسی و پیشنهاد می‌کنند.