Co-superalloy-based mold for sintering complex shaped tools prepared by 3D printing

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F61989100%3A27230%2F25%3A10259050" target="_blank" >RIV/61989100:27230/25:10259050 - isvavai.cz</a>

Alternative codes found

RIV/61989100:27360/25:10259050

Result on the web

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Forma na bázi Co-superslitiny pro slinování tvarově komplikovaných nástrojů připravená 3D tiskem

Original language description

Vyvinutá slinovací forma z kobaltové super-slitiny Mar-M-509 připravená 3D tiskem metodou laser powder bed fusion umožňuje použití vysokých tlaků až 200 kN a teploty až 1000 °C během slinování diamantových brusných a řezných nástrojů s matricí na bázi Fe-Cu, Cu-Sn-Co. Použití slinovací formy z tohoto materiálu a s tím související možnost aplikace vyšších teplot a tlaků oproti současně používaným grafitovým formám umožňuje přípravu brusných a řezných segmentů s vyšší životností a pevným ukotvením diamantů v matrici. Použití 3D tisku metodou laser powder bed fusion navíc umožní minimalizaci obrábění pro zhotovení formy, razníků a přípravu komplikovanějších tvarů řezných, brusných segmentů. Post-processing navržený a aplikovaný na formu a razníky spočívající v 3-fázovém tepelném zpracování navíc umožňuje dosažení mikrostruktury s vhodným rozložením a velikostí sekundárních fází (karbidů) a s tím související vysokou maximální pevností, mezí kluzu a tažností super-slitiny jak za pokojové, tak i zvýšené teploty. Dosažená mikrostruktura vykazuje vhodnou stabilitu za teploty 850 °C (předpokládaná pracovní teplota), což značí vysokou životnost formy během přípravy segmentů slinováním. Podstatou výsledku je funkční forma pro slinování a použití technologie powder bed fusion za uvedených podmínek tisku s následným post-processingem zaručujícím dostatečné mechanické vlastnosti formy, razníků a vysokoteplotní stabilitu.

Czech name

Forma na bázi Co-superslitiny pro slinování tvarově komplikovaných nástrojů připravená 3D tiskem

Czech description

Vyvinutá slinovací forma z kobaltové super-slitiny Mar-M-509 připravená 3D tiskem metodou laser powder bed fusion umožňuje použití vysokých tlaků až 200 kN a teploty až 1000 °C během slinování diamantových brusných a řezných nástrojů s matricí na bázi Fe-Cu, Cu-Sn-Co. Použití slinovací formy z tohoto materiálu a s tím související možnost aplikace vyšších teplot a tlaků oproti současně používaným grafitovým formám umožňuje přípravu brusných a řezných segmentů s vyšší životností a pevným ukotvením diamantů v matrici. Použití 3D tisku metodou laser powder bed fusion navíc umožní minimalizaci obrábění pro zhotovení formy, razníků a přípravu komplikovanějších tvarů řezných, brusných segmentů. Post-processing navržený a aplikovaný na formu a razníky spočívající v 3-fázovém tepelném zpracování navíc umožňuje dosažení mikrostruktury s vhodným rozložením a velikostí sekundárních fází (karbidů) a s tím související vysokou maximální pevností, mezí kluzu a tažností super-slitiny jak za pokojové, tak i zvýšené teploty. Dosažená mikrostruktura vykazuje vhodnou stabilitu za teploty 850 °C (předpokládaná pracovní teplota), což značí vysokou životnost formy během přípravy segmentů slinováním. Podstatou výsledku je funkční forma pro slinování a použití technologie powder bed fusion za uvedených podmínek tisku s následným post-processingem zaručujícím dostatečné mechanické vlastnosti formy, razníků a vysokoteplotní stabilitu.

Type

G_funk - Functional sample

CEP classification

—

OECD FORD branch

20500 - Materials engineering

Project

<a href="/en/project/TN02000018" target="_blank" >TN02000018: National Centre of Competence ENGINEERING</a><br>

Continuities

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Publication year

2025

Confidentiality

C - Předmět řešení projektu podléhá obchodnímu tajemství (§ 504 Občanského zákoníku), ale název projektu, cíle projektu a u ukončeného nebo zastaveného projektu zhodnocení výsledku řešení projektu (údaje P03, P04, P15, P19, P29, PN8) dodané do CEP, jsou upraveny tak, aby byly zveřejnitelné.

Internal product ID

TN02000018/14-V10

Numerical identification

077/15-12-2025_F

Technical parameters

Slinovací forma a razníky byly vyrobeny pomocí 3D tisku metodou laser powder bed fusion (LPBF) na zařízení Renishaw AM500 z komerčně dostupného prášku slitiny určené pro tento způsob výroby. Tisk probíhal v ochranné atmosféře a výtisky byly vytvářeny přímo na ocelové tiskové platformě. Po dokončení tisku následovalo vícestupňové tepelné zpracování. V první fázi bylo provedeno žíhání s cílem odstranit vnitřní pnutí v materiálu. Následně byly forma a razníky odděleny od tiskové platformy pomocí EDM řezání. Druhá fáze zahrnovala izostatické lisování za tepla (HIP), které umožnilo snížit vnitřní porozitu vzniklou během aditivní výroby a přispělo k dosažení homogenní mikrostruktury. Třetí fáze tepelného zpracování byla zaměřena na precipitaci zpevňujících fází a stabilizaci mikrostruktury materiálu. Následně byly dokončeny potřebné otvory a funkční plochy matric a razníků pomocí EDM obrábění, frézování a broušení. Současně byly stejným způsobem připraveny testovací vzorky ve formě tyčí určené pro mechanické zkoušky v tahu a tlaku při pokojové teplotě i při zvýšených teplotách 900 a 1000 °C. Byl také proveden test mikrostrukturní stability spočívající v dlouhodobém vystavení teplotě 850 °C po dobu 1000 hodin, v rámci kterého byly v pravidelných intervalech měřeny hodnoty tvrdosti a mechanických vlastností. Výsledky ukázaly, že materiál formy a razníků vykazuje stabilní tvrdost v rozmezí 400–410 HV i při dlouhodobém tepelném namáhání, což potvrzuje jeho vysokou teplotní stabilitu. Mechanické zkoušky prokázaly pouze mírný pokles mechanických vlastností po tepelném namáhání, což svědčí o vhodnosti materiálu pro použití při slinování diamantových brusných a řezných nástrojů. Také mez kluzu měřená při teplotách 900 a 1000 °C zůstala po dlouhodobé expozici 850 °C prakticky nezměněna. Vyrobená forma a razníky byly úspěšně ověřeny při výrobě diamantových segmentů na bázi Cu-Sn-Co používaných ve firmě URDIAMANT, přičemž výsledné segmenty i z nich vyrobené řezné kotouče vykazovaly požadovanou kvalitu a funkčnost. Výsledek bude využíván zejména společností URDIAMANT s.r.o., se kterou bude uzavřena smlouva o využití výsledků dílčího projektu.

Economical parameters

Uvedený funkční vzorek bude využíván k ověřování technologie výroby diamantových řezných a brusných segmentů s kovovou matricí. Ověření funkčního vzorku umožní posoudit ekonomické přínosy plynoucí z možnosti aplikace vyšších tlaků a teplot při slinování, což může vést ke zvýšení životnosti segmentů, snížení zmetkovitosti a efektivnějšímu využití vstupních surovin i energií. Již v této fázi lze proto očekávat pozitivní dopad na výrobní náklady a stabilitu kvality. Výstup zároveň vytváří nezbytný základ pro další etapu vývoje, přípravu prototypu, který bude na základě výsledků ověření dále optimalizován a připraven k zavedení do výrobního procesu. Předpokládaným ekonomickým přínosem je zvýšení konkurenceschopnosti, růst výrobních kapacit a následné zvýšení tržeb díky efektivnějšímu a kvalitnějšímu výrobnímu postupu.

Application category by cost

—

Owner IČO

—

Owner name

Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava

Owner country

CZ - CZECH REPUBLIC

Usage type

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence

Licence fee requirement

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Web page

—