เหล็กผงถูกนำมาใช้ในการผลิตมีดมากว่า 30 ปีแล้ว ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ราคาสำหรับเหล็กเหล่านี้ได้ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้เข้าถึงได้มากขึ้นและถูกนำมาใช้ในมีดหลากหลายชนิด รวมถึงไม่เพียงแต่ในกลุ่มระดับพรีเมี่ยม ความแตกต่างระหว่างเหล็กผงและเหล็ก “ธรรมดา” คืออะไรและมันถูกสร้างขึ้นมาได้อย่างไร?
เหล็กผง คือเหล็กที่บดละเอียดเป็นผง ซึ่งต้องผ่านกระบวนการทำให้เป็นละออง การตก 결정 และการอบ รresult ของกระบวนการนี้คือเกิดการ “เปลี่ยนรูปผง” – ซึ่งเหล็กจะได้รับปริมาณคาร์ไบด์มากมายและยังสามารถผสมกับองค์ประกอบเพิ่มเติมในปริมาณที่มากกว่าทั่วไปได้
โครงสร้างของเหล็กแข็งทุกชนิดประกอบไปด้วยสององค์ประกอบที่สำคัญ: คาร์ไบด์และมาร์เทนไซต์
มาร์เทนไซต์ เป็นส่วนประกอบโครงสร้างหลักของเหล็กแข็ง (แมทริกซ์) เป็นสารละลายซุปเปอร์อิ่มตัวที่มีการจัดระเบียบของคาร์บอนใน α-เหล็ก โดยมีความเข้มข้นเท่ากับวัสดุเหล็กเดิม (ออสเทนไนต์) โครงสร้างของมาร์เทนไไซต์ไม่สมดุลและมีความตึงเครียดภายในสูง ซึ่งส่งผลมากต่อความแข็งและความแข็งแรงสูงของเหล็กที่มีโครงสร้างมาร์เทนไซต์
คาร์ไบด์ คือสารประกอบระหว่างโลหะและอโลหะกับคาร์บอน ลักษณะเฉพาะของคาร์ไบด์คือความมีไฟฟ้าสถิตสูงของคาร์บอนเมื่อเปรียบเทียบกับองค์ประกอบอื่น คาร์ไบด์เป็นสารที่ทนต่อความร้อน พวกมันไม่ระเหยและไม่ละลายในสารละลายที่รู้จักใด ๆ คาร์ไบด์ถูกใช้ในการผลิตเหล็กหล่อและเหล็ก เซรามิก การหลอมโลหะต่าง ๆ รวมถึงเป็นวัสดุเจียระไนและขัด รวมถึงสารลดแรงแรง ขจัดออกซิเจน ตัวเร่งปฏิกิริยา และอื่น ๆ คาร์ไบด์ถูกใช้ในการผลิตซิลิคอนคาร์ไบด์ ซิลิคอนคาร์ไบด์ SiC (คาร์บอรันดัม) ถูกใช้ในการทำล้อเจียระไนและวัสดุเจียระไนอื่น ๆ; เหล็กคาร์ไบด์ Fe3C (ซีเมนไทต์) ถูกใช้ในเหล็กหล่อและเหล็ก; ทังสเตนคาร์ไบด์และโครเมียมคาร์ไบด์ใช้ในการผลิตผงสำหรับการพ่นด้วยก๊าซ-ความร้อน
เหล็กส่วนใหญ่ที่ใช้ในการทำใบมีดมีโครงสร้างหลังจากการชุบแข็ง: มาร์เทนไซต์ + คาร์ไบด์ (+ ออสเทนไนต์ที่เหลือ + การรวมของอโลหะอื่น ๆ ) คาร์ไบด์ซึ่งแข็งและเปราะมากกว่ามาร์เทนไซต์เพิ่มความต้านทานการสึกหรอของเหล็ก แต่ทำให้คุณสมบัติทางกลเสื่อมลง ส่งผลเสียต่อความแข็งแรงและความเหนียว ประเด็นการลดลงของความแข็งแรงขึ้นอยู่กับปริมาณของเฟสคาร์ไบด์ ชนิดของมัน ขนาดของคาร์ไบด์และกลุ่มของมัน รวมถึงความสม่ำเสมอของการกระจายคาร์ไบด์ในโครงสร้าง
นอกจากนี้ ความไม่สม่ำเสมอที่เห็นได้ชัดของคาร์ไบด์ยังสร้างปัญหาในการเจียระไนและเพิ่มแนวโน้มที่จะเกิดรอยหรือรอยแตก เหล็กที่มีจำนวนคาร์ไบด์ขนาดใหญ่และกระจายไม่สม่ำเสมอจะมีความยากในการเปลี่ยนรูปเมื่อร้อน เช่นเดียวกันเหล็กเหล่านี้จะมีโครงสร้างที่ไม่เป็นเอกภาพเมื่อได้รับความร้อนและผลจากการชุบความร้อนจะมีความไม่แน่นอนมากขึ้น
ดังนั้น เพื่อเพิ่มความต้านทานการสึกหรอของเหล็กและการรักษาความคมไว้นาน จึงจำเป็นต้องเพิ่มปริมาณของเฟสคาร์ไบด์ และเพื่อรักษาคุณสมบัติทางกลที่เหมาะสมเพื่อลดและปรับปรุงการกระจายของเฟสนี้ มีหลายวิธีที่สามารถใช้ในการบรรลุเป้าหมายนี้ ซึ่งรวมถึง:
1. การปรับแต่งองค์ประกอบของเหล็ก. ตัวอย่างเช่น สามารถทำให้เหล็กอิ่มตัวด้วยคาร์ไบด์ประเภทอื่น ซึ่งมักใช้ปริมาณวานาเดียมมาก
2. ไมโครอัลลอยด์. </การอิ่มตัวของเหล็กด้วยองค์ประกอบที่ช่วยปรับปรุงการกระจายของคาร์ไบด์และลดขนาดของมันเล็กน้อย
3. การเปลี่ยนรูปพลาสติกที่มีความเข้มข้นสูง. เมื่อระดับการเปลี่ยนรูปเพิ่มขึ้น คาร์ไบด์จะถูกบดบางส่วนและการกระจายของมันจะดีขึ้น (โดยเฉพาะเมื่อใช้เทคนิคการเปลี่ยนรูปพิเศษ)
4. การเพิ่มอัตราการตกตะกอน. นี่คือหลักการของเทคโนโลยีโลหะผง ในการเพิ่มอัตราการทำให้เย็น ขนาดของแท่งต้องลดลง ในขนาดของแท่งประมาณ 150 ไมครอน อัตราการทำให้เย็นจะสูงถึง 104105 k/s ที่ความเร็วและขนาดเช่นนี้ อีเทคติก (สารละลายของเหลวที่ตกผลึกที่อุณหภูมิที่ต่ำที่สุดสำหรับโลหะผสมของระบบนี้) จะบางมาก และขนาดของคาร์ไบด์ไม่เกิน 23 ไมครอน ในการบรรลุสิ่งนี้จึงจำเป็นต้องใช้วิธีการผงหรือวิธีการเปลี่ยนรูปผง
วิธีการผง (การเปลี่ยนรูปผง).
การปรับเปลี่ยน – หนึ่งในขั้นตอนของการผลิตหรือการประมวลผลโลหะในเหล็กและโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก การประมวลผลรวมถึง: การหลอมและการหล่อโลหะ การบด การรีด การผลิตท่อและอุปกรณ์ต่าง ๆ แกนหลักของเทคโนโลยีวิธีการโลหะผงคือการผลิตผงโลหะบริสุทธิ์และโลหะผสมหลายองค์ประกอบที่ผ่านการแปรสภาพเป็นขั้นตอนที่ไม่ก่อให้เกิดขยะไปสู่วัสดุ ผลิตภัณฑ์ และการเคลือบที่ต้องการพารามิเตอร์ฟังก์ชัน
คุณสมบัติของผง
ผงโลหะแตกต่างกันในลักษณะทางกายภาพ ทางเคมี และทางกระบวนการ คุณสมบัติทางกายภาพประกอบด้วยขนาดอนุภาคและการกระจายขนาดของอนุภาค ความละเอียดเฉพาะพื้นผิว รวมถึงความหนาแน่นและความสามารถในการเปลี่ยนรูป ที่เรียกว่าไมโครฮาร์ดเนส
ชุดของคุณสมบัติทางเคมีถูกกำหนดโดยองค์ประกอบทางเคมีของวัตถุดิบและวิธีการผลิต วิธีการผลิตผงเสร็จสิ้นไม่ควรเกินค่า 1.5-2% หนึ่งในคุณสมบัติทางเคมีที่สำคัญคือระดับการอิ่มตัวด้วยก๊าซของผง ซึ่งมีความสำคัญโดยเฉพาะสำหรับผงที่ผลิตจากการลด ซึ่งยากที่จะกำจัดวัสดุลดก๊าซและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา
วิธีหลักในการทำผงจากวัตถุดิบคือ:
1. วิธีทางกายภาพและกล
ในวิธีนี้ วัตถุดิบจะถูกเปลี่ยนเป็นผงโดยไม่รบกวนองค์ประกอบทางเคมี โดยการบดกล โดยการบดหรือการหลอมในสถานะของแข็งและเป็นของเหลว การบดทางกายภาพและกลจะดำเนินการโดยการบดและการโม่; การทำละอองและการทำให้เป็นเม็ด เมื่อบดและโม่วัตถุดิบที่เป็นของแข็ง ขนาดอนุภาคเริ่มต้นจะลดลงไปยังค่าที่กำหนด
2. วิธีการเคมี-โลหะวิทยา
วิธีการผลิตผงโลหะสามารถทำได้หลายวิธี ซึ่งศูนย์กลางยอดนิยมประกอบด้วย:
- การฟื้นฟูทางเคมีของโลหะจากวัตถุดิบ (วิธีการลด) โดยใช้สารเคมีต่าง ๆ ที่ทำหน้าที่เป็นสสารลด เพื่อแยกส่วนที่เป็นอโลหะ (ของเหลือเกลือ ก๊าซ)
- อิเล็กโทรไลซิส – วิธีการผลิตผงประกอบด้วยการวางอนุภาคโลหะบริสุทธิ์ไว้บนแคโธดภายใต้แรงดันจากกระแสตรงในอิเล็กโทรไลต์ที่เหมาะสมในรูปแบบของสารละลายหรือหลอม
- การสลายตัวของคาร์บอน (วิธีการคาร์บอนิล) ผงคาร์บอนิลจะทำโดยการสลายตัวในอุณหภูมิที่กำหนดของสารประกอบโลหะคาร์บอนิลเป็นส่วนประกอบต้นกำเนิด: อนุภาคของโลหะบริสุทธิ์และก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ CO ที่ถูกนำออกไป
- กระบวนการผลิตเหล็กผงรวมถึงหลายขั้นตอน: การเตรียมผสมผงเบื้องต้น (ชาร์จ); การขึ้นรูป; การอบ
- การเตรียมผสมผงเบื้องต้น
- การเปลี่ยนเหล็กผงที่ผลิตแล้วให้อยู่ในผลิตภัณฑ์สุดท้ายเริ่มต้นด้วยการเตรียมผสมเริ่มต้น (ชาร์จ) ซึ่งจะถูกขึ้นรูปและอบในภายหลัง กระบวนการเตรียมชาร์จเริ่มต้นแบ่งออกเป็นขั้นตอนที่สามและดำเนินการทีละขั้นตอนในลักษณะของ: การอบ ก่อน จากนั้นคัดแยกเป็นชั้น (การจำแนกประเภท) และโดยตรงการผสม
การอบซ้ำของผงมีความจำเป็นเพื่อปรับปรุงความเหนียวและความสามารถในการกด โดยการอบจะสามารถลดออกไซด์ที่เหลือและเอาความตึงเครียดภายใน รวมถึงการเก็บที่สามารถทำได้ สำหรับการอบ ผงจะถูกทำให้ร้อนขึ้นในสภาวะของก๊าซลดและป้องกันหรือในสภาพสุญญากาศ
การจำแนกประเภทของผงดำเนินการโดยการแยกพวกมันออกเป็นชั้น (ขึ้นอยู่กับขนาดที่เฉพาะเจาะจงของอนุภาค) โดยใช้ตะแกรงสั่นพิเศษพร้อมเซลล์ของเส้นผ่าศูนย์กลางที่เหมาะสม ยังใช้เซพาเรเตอร์อากาศเพื่อแยกกลุ่มออกเป็นชั้น และการแยกการตกตะกอนแบบหมุนได้ถูกใช้เพื่อจำแนกส่วนผสมของเหลว
วัสดุผงถูกส่งผ่านกระแสอากาศที่มีเปลือกซึ่งมีความสูงที่พัดโดยพัดลมไปยังกระบวนการแยกที่จุดซึ่งแรงเหวี่ยงจะแยกและตกตะกอนอนุภาคที่มีขนาดใหญ่ขึ้นที่หนัก ซึ่งจะถูกนำออกในทางลงผ่านวาล์วปล่อย อนุภาคที่เบาและเล็กจะถูกดึงขึ้นไปข้างบนด้วยกระแสลมของไซโคลนและนำไปแยกเพิ่มเติม
การผสมเป็นหนึ่งในการดำเนินการที่สำคัญที่สุดในขั้นตอนการเตรียม จะดำเนินการโดยการเตรียมสารที่เป็นเนื้อเดียวกัน – ชาร์จ – จากผงโลหะที่มีองค์ประกอบเคมีและขนาดอนุภาคที่แตกต่างกัน (สามารถมีการเพิ่มผงขององค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะ) ความสม่ำเสมอของชาร์จขึ้นอยู่กับว่าการผสมทำได้ทั่วถึงมากเพียงใด ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับคุณสมบัติทางฟังก์ชันที่สำเร็จของผลิตภัณฑ์โลหะเซรามิกที่ผลิตแล้ว โดยทั่วไปการผสมส่วนประกอบของผงจะดำเนินการเชิงกลโดยใช้เครื่องผสมพิเศษ การผสมที่ไม่มีการบดจะดำเนินการในเครื่องผสมต่อเนื่องของประเภทดรัม สกรู แผ่นพัด โรตารี่ และประเภทอื่น ๆ ในตอนท้ายของกระบวนการ ชาร์จจะถูกทำให้แห้งอย่างทั่วถึงและจะแยกออก
การขึ้นรูป
การขึ้นรูป (การสร้างรูปทรง) ในการโลหะผงเป็นขั้นตอนทางเทคโนโลยี ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อบีบอัดปริมาณชาร์จที่เหมาะสมซึ่งเข้าสู่แม่พิมพ์และการกดเพื่อนำไปสู่การสร้างขนาดรูปทรงของผลิตภัณฑ์ที่พร้อมสำหรับการอบหลังจากนั้น การบีบอัดอนุภาคในระหว่างการขึ้นรูปสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งในรูปแบบยืดหยุ่น เปราะและพลาสติก ในกรณีส่วนใหญ่ ชาร์จจะถูกขึ้นรูปโดยการวางในแม่พิมพ์เหล็กที่แข็งแรง จากนั้นจะถูกกดภายใต้ความกดดันระหว่าง 30 ถึง 1200 MPa โดยใช้เครื่องกดกล เครื่องกดลม หรือเครื่องกดไฮดรอลิค
การอบ
ขั้นตอนสุดท้ายของกระบวนการโลหะผงคือการแปรสภาพความร้อนของงานที่ขึ้นรูป โดยจะถูกดำเนินการโดยการอบ การอบเป็นหนึ่งในกระบวนการสำคัญที่สุดในกระบวนการ PM ซึ่งวัตถุดิบที่มีความแข็งแรงต่ำจะถูกเปลี่ยนเป็นวัสดุที่มีความแข็งแกร่งสูงเป็นพิเศษ ในระหว่างการอบ ก๊าซที่ถูกดูดเข้าในงานจะถูกกำจัด สิ่งสกปรกที่ไม่ต้องการถูกเผา การเครียดที่เหลือในอนุภาคและจุดที่สัมผัสระหว่างกันจะถูกกำจัด ฟิล์มออกไซด์จะถูกกำจัด และการเปลี่ยนรูปการแพร่กระจายจะเกิดขึ้นและรูปร่างของรูพรุนจะถูกเปลี่ยนแปลงอย่างมีคุณภาพ การอบจะถูกดำเนินการด้วยสองวิธี: เฟสของแข็ง (ไม่มีการหลอมขององค์ประกอบใด ๆ หนึ่งเมื่อวัสดุถูกทำให้ร้อน) และเฟสของเหลว การอบจะทำให้เกิดแท่งโลหะหรือแผ่นที่กลายเป็นพื้นฐานสำหรับมีด
ประโยชน์ของเหล็กผง
เนื่องจากขนาดเล็กและการกระจายที่สม่ำเสมอของคาร์ไบด์ในเหล็กผง ปริมาณของการผสมโลหะและปริมาณของเฟสคาร์ไบด์สามารถเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้คุณสมบัติด้านความต้านทานของเหล็กเพิ่มขึ้น คุณสมบัติทางกลที่ดีกว่าจะเกิดขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหล็กผงมีความสามารถในการเจียระไนและตีขึ้นรูปได้ดีกว่า เมื่อเหล็กถูกชุบเย็น จะได้สารละลายของแข็งที่มีความอิ่มตัวมากขึ้น ผลึกที่มีขนาดเล็กและสม่ำเสมอมากขึ้น จึงส่งเสริมการเพิ่มความแข็ง ความต้านทานความร้อน คุณสมบัติทางกล และความต้านทานการกัดกร่อน เทคโนโลยีผงทำให้การผลิตเหล็กที่มีไนโตรเจนสูงเป็นไปได้ด้วยวิธีการทำไนไตรด์ในเฟสของแข็ง โดยทั่วไปแล้ว การแปรรูปผงแทบจะไม่มีข้อเสียใด ๆ ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณสมบัติของเหล็กทั้งหมด
