Keluli serbuk telah digunakan untuk pembuatan pisau selama lebih daripada 30 tahun. Sepanjang tahun-tahun ini, harga untuk keluli tersebut telah menurun dengan ketara, menjadikannya lebih mampu milik dan digunakan dalam pelbagai jenis pisau, termasuk bukan sahaja dalam segmen premium. Apa perbezaan antara keluli serbuk dan keluli “biasa” dan bagaimana ia dihasilkan?
Keluli serbuk adalah keluli yang dihancurkan menjadi serbuk, yang menjalani proses atomisasi, penghabluran dan pembakaran. Hasil dari kitaran pemprosesan ini, yang disebut sebagai “penukaran serbuk”, ialah keluli menerima banyak karbida dan juga boleh dicampurkan dengan elemen tambahan dalam jumlah yang lebih besar berbanding rakan-rakan yang diproses secara biasa.
Struktur keluli yang diperkukuhkan terdiri daripada dua elemen penting: karbida dan martensit.
Martensit adalah komponen struktur utama keluli yang diperkukuhkan (matriks). Ia adalah larutan pepejal yang supersaturasi teratur dari karbon dalam α-besi dengan konsentrasi yang sama seperti bahan keluli asal (austenit). Struktur martensit adalah tidak setimbang dan mempunyai tekanan dalaman yang tinggi, yang sebahagian besar menentukan kekerasan dan kekuatan yang tinggi bagi keluli dengan struktur martensitik.
Karbida adalah sebatian logam dan bukan logam dengan karbon. Ciri khas karbida ialah elektronegativiti karbon yang lebih tinggi, berbanding dengan elemen lain. Karbida adalah pepejal refraktori. Ia tidak mudah menguap dan tidak larut dalam mana-mana pelarut yang diketahui. Karbida digunakan dalam pengeluaran besi tuang dan keluli, seramik, pelbagai aloi, sebagai bahan pengisar dan pengisaran, agen pengurangan, deoksidizer, pemangkin, dan lain-lain. Karbida digunakan dalam pengeluaran karbida silikon. Karbida silikon SiC (karborundum) digunakan untuk membuat roda pengisaran dan alat pengisar lain; karbida besi Fe3C (sementit) digunakan dalam besi tuang dan keluli; karbida tungsten dan karbida krom digunakan untuk menghasilkan serbuk untuk penyemburan gas-thermal.
Kebanyakan keluli yang digunakan untuk membuat bilah mempunyai struktur selepas rawatan haba: martensit + karbida (+ austenit residu + inklusi bukan logam, dan lain-lain). Karbida, yang lebih keras dan lebih rapuh daripada matriks martensit, meningkatkan ketahanan haus keluli, tetapi merosakkan sifat mekaniknya, yang memberi kesan negatif terhadap kekuatan dan ketangguhan. Tahap pengurangan dalam sifat kekuatan bergantung kepada jumlah fasa karbida, jenisnya, saiz karbida dan kelompoknya, serta keseragaman pembahagian karbida dalam struktur.
Di samping itu, ketidaksamaan karbida yang ketara mencipta masalah dalam pengisaran dan meningkatkan kecenderungan terhadap koyakan dan retak. Keluli dengan sejumlah besar karbida besar dan tidak teragih kurang mudah untuk dibentuk secara panas. Keluli sedemikian mengembangkan struktur tidak seragam ketika dirawat secara haba, dan hasil dari rawatan haba adalah kurang boleh diramal.
Dengan itu, untuk meningkatkan ketahanan haus keluli dan pengekalan ketajaman jangka panjang, perlu untuk meningkatkan jumlah fasa karbida, dan untuk mengekalkan prestasi mekanikal yang dapat diterima, mengurangkan dan memperbaiki pengagihan mereka. Beberapa kaedah boleh digunakan untuk mencapai matlamat ini. Antara mereka:
1. Mengoptimalkan komposisi keluli. Contohnya, adalah mungkin untuk menyaluti keluli dengan karbida jenis lain, paling sering dalam jumlah besar vanadium.
2. Mikroaloid. Penyalutan keluli dengan elemen yang meningkatkan pembahagian karbida dan sedikit mengurangkan saiz mereka.
3. Pengubahsuaian plastik berkepadatan tinggi. Apabila tahap deformasi meningkat, karbida sebahagiannya dihancurkan dan pengagihan mereka diperbaiki (terutamanya ketika teknik deformasi khas digunakan).
4. Meningkatkan kadar penghabluran. Ini adalah prinsip di belakang teknologi metalurgi serbuk. Untuk meningkatkan kadar penyejukan, saiz ingot harus dikurangkan. Dengan saiz ingot sekitar 150 mikron, kadar penyejukan mencapai 10^4-10^5 k/s, pada kelajuan dan saiz sedemikian eutektik (larutan cecair yang menghablur pada suhu terendah untuk aloi sistem ini) adalah sangat nipis, dan saiz karbida tidak melebihi 2-3 mikron. Untuk mencapai ini adalah perlu untuk menggunakan kaedah serbuk atau kaedah penukaran serbuk.
Kaedah serbuk (penukaran serbuk).
Pembikinan – salah satu peringkat pengeluaran atau pemprosesan logam dalam metalurgi ferus dan bukan ferus. Pemprosesan termasuk: peleburan dan pengecoran logam, pengguguran, penggulungan, pengeluaran paip dan perkakasan. Inti daripada teknologi kaedah metalurgi serbuk terdiri daripada menghasilkan serbuk logam tulen dan aloi pelbagai komponen dengan transformasi tanpa buang langkah demi langkah ke dalam bahan, produk dan salutan siap sedia dengan parameter fungsi yang diperlukan.
Sifat Serbuk
Serbuk logam berbeza dalam sifat fizikal, kimia dan pemprosesan mereka. Kategori sifat fizikal termasuk saiz zarah dan pengagihan saiz zarah, ciri-ciri luas permukaan spesifik mereka, serta ketumpatan dan kebolehmampatan yang dikenali sebagai mikrokerasannya.
Set lengkap sifat kimia ditentukan oleh komposisi kimia bahan mentah dan kaedah/kaedah pembuatannya. Kepekatan kekotoran yang tidak diingini dalam produk serbuk siap harus tidak melebihi nilai 1.5-2%. Salah satu sifat kimia yang paling penting adalah darjah ketepuan gas serbuk, yang sangat penting untuk serbuk yang dihasilkan melalui pengurangan, dari komposisi yang sukar untuk dikeluarkan satu bahagian bahan pengurang gas dan produk reaksi.
Kaedah utama membuat serbuk daripada bahan mentah adalah:
1. Kaedah fizikal dan mekanikal
Dalam kaedah ini, bahan mentah diubah menjadi serbuk tanpa mengganggu komposisi kimia, melalui penggilingan mekanikal, baik dalam keadaan agregat pepejal dan sebagai lebur cecair. Penggilingan fizikal dan mekanikal dilakukan melalui penggilingan dan penggilingan; atomisasi dan granulasi. Apabila dihancurkan dan digiling bahan mentah pepejal, parameter saiz zarah asal dikurangkan kepada nilai yang ditentukan.
2. Kaedah kimia-metalurgi
Kaedah untuk mendapatkan serbuk logam juga boleh dilaksanakan dengan pelbagai cara, di antaranya yang paling popular adalah:
- Pengurangan kimia logam daripada bahan mentah (kaedah pengurangan). Ia menggunakan pelbagai bahan kimia – agen pengurang, yang mempengaruhi garam dan oksida logam untuk memisahkan bahagian bukan logam (sisa garam, gas).
- Elektrolisis – kaedah penghasilan serbuk terdiri daripada pemendapan zarah logam tulen pada katod di bawah pengaruh arus terus pada elektrolit yang sesuai dalam bentuk larutan atau lebur.
- Disosiasi termokarbonil (kaedah karbonyla). Serbuk karbonyla dibuat melalui penguraian dalam rejim suhu tertentu sebatian metal karbonil kepada komponen awal: zarah logam tulen dan karbon monoksida gas CO, yang dikeluarkan.
- Proses pembuatan keluli serbuk terdiri daripada beberapa peringkat: penyediaan awal campuran serbuk (cas); pembentukan; penyinteran.
- Penyediaan awal campuran serbuk
- Transformasi serbuk logam yang telah dihasilkan kepada produk akhir bermula dengan penyediaan campuran awal (cas), yang akan dikenakan kepada pembentukan dan penyinteran. Proses penyediaan cas awal adalah tiga peringkat dan dilakukan secara berurutan dalam bentuk: penyepuhlindapan, kemudian pengelasan kepada pecahan (klasifikasi) dan secara langsung mencampurkan.
Penyepuhlindapan rekristal serbuk adalah perlu untuk meningkatkan kelenturan dan kebolehan memampatkan mereka. Dengan penyepuhlindapan, oksida residu boleh dikurangkan dan tekanan dalaman, naklep, boleh dikeluarkan. Untuk penyepuhlindapan, serbuk dipanaskan dalam gas perlindungan dan pengurangan atau persekitaran vakum.
Klasifikasi serbuk dilakukan dengan memisahkan kepada pecahan (bergantung kepada parameter saiz zarah tertentu) menggunakan penapis bergetar khas dengan sel-sel diameter yang sesuai. Pemisah udara juga digunakan untuk pemisahan kepada pecahan, dan pemendapan terpisah sentrifugal digunakan untuk mengklasifikasikan campuran cecair.
Bahan serbuk dihantar oleh aliran udara yang digerakkan oleh turbin ke kawasan pemisahan, di mana daya sentrifugal memisahkan dan menetap zarah kasar berat, yang dikeluarkan ke arah bawah melalui injap pengosongan. Zarah-zarah halus dan ringan ditarik ke atas oleh aliran udara silon dan dihantar untuk pemisahan lanjut.
Mencampurkan adalah salah satu operasi penyediaan yang paling penting, ia dilakukan dengan menyediakan bahan homogen – cas – daripada serbuk logam dengan komposisi kimia dan granulometrik yang berbeza (penambahan aloi serbuk elemen bukan logam adalah mungkin). Keseragaman cas bergantung kepada seberapa teliti campuran dilakukan, yang sangat penting bagi sifat fungsional akhir produk metal-seramik yang dihasilkan. Kebanyakan pencampuran komponen serbuk dilakukan secara mekanikal dengan menggunakan pengadun khas. Pencampuran, yang tidak disertai oleh penggilingan, dilakukan dalam pengadun berterusan jenis dram, skru, dayung, sentrifugal, dan jenis lain. Pada akhir proses, cas dikeringkan dengan teliti dan disaring.
Pembentukan
Pembentukan (pemodelan) dalam metalurgi serbuk adalah peringkat teknologi, tujuan yang adalah pemampatan jumlah cas bulk siap yang memasuki acuan dan pemampatannya untuk memberi bentuk dimensi produk yang siap untuk penyinteran selanjutnya. Deformasi zarah semasa pembentukan boleh menjadi elastik, rapuh dan plastik. Dalam kebanyakan kes, cas dibentuk dengan meletakkannya di dalam acuan keluli yang kukuh dan kemudian menekannya di bawah tekanan dari 30 hingga 1200 MPa menggunakan tekan mekanikal, pneumatik atau hidraulik.
Pembakaran
Peringkat akhir kaedah pemprosesan metalurgi serbuk ialah rawatan haba bilah yang dibentuk. Ia dilakukan melalui penyinteran. Penyinteran adalah salah satu prosedur kritikal dalam proses PM, di mana bilah yang berkekuatan rendah diubah menjadi badan sinter yang sangat kuat. Dalam proses penyinteran, gas-gas yang diserap dalam bilah dikeluarkan, kekotoran yang tidak diingini dibakar, tekanan sisa dalam zarah dan titik hubungan antara mereka dikeluarkan, filem oksida dihapuskan, transformasi penyebaran lapisan permukaan berlaku, dan bentuk liang-liang berubah secara kualitatif. Penyinteran dilakukan melalui dua kaedah: fasa pepejal (tiada lebur cecair salah satu komponen yang dibentuk semasa pemanasan) dan fasa cecair. Penyinteran menghasilkan bar atau plat logam yang menjadi asas untuk pisau.
Manfaat keluli serbuk
Disebabkan oleh saiz kecil dan pengagihan karbida yang seragam di dalam keluli serbuk, tahap penyalutan dan jumlah fasa karbida dapat ditingkatkan dengan ketara, dengan itu meningkatkan sifat ketahanan keluli. Sifat mekanikal yang lebih baik dicapai, menghasilkan keluli serbuk yang jauh lebih baik dalam pengisaran dan penempaan. Apabila keluli dibakar, larutan pepejal yang lebih tepu, bijirin yang lebih halus dan lebih seragam diperoleh, yang menyumbang kepada peningkatan tertentu dalam kekerasan, ketahanan haba, sifat mekanikal, dan ketahanan terhadap kakisan. Teknologi serbuk menjadikannya agak mudah untuk menghasilkan keluli bernitrogen tinggi melalui kaedah nitsriding fasa pepejal. Secara umum, pemprosesan serbuk hampir tiada kekurangan, meningkatkan semua kualiti keluli.
