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

Kód výsledku v 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>

Nalezeny alternativní kódy

RIV/61989100:27360/25:10259050

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

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

Popis výsledku v původním jazyce

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.

Název v anglickém jazyce

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

Popis výsledku anglicky

The developed sintering mold made of cobalt superalloy Mar-M-509 prepared by 3D printing using the laser powder bed fusion method allows the use of high pressures of up to 200 kN and temperatures of up to 1000 °C during the sintering of diamond grinding and cutting tools with a matrix based on Fe-Cu, Cu-Sn-Co. The use of a sintering mold made of this material and the associated possibility of applying higher temperatures and pressures compared to currently used graphite molds allows the preparation of grinding and cutting segments with a higher service life and firm anchoring of diamonds in the matrix. In addition, the use of 3D printing using the laser powder bed fusion method allows the minimization of machining for the manufacture of molds, punches and the preparation of more complicated shapes of cutting and grinding segments. The post-processing designed and applied to the mold and punches consisting of a 3-phase heat treatment additionally allows achieving a microstructure with a suitable distribution and size of secondary phases (carbides) and the associated high maximum strength, yield strength and ductility of the superalloy both at room and elevated temperatures. The achieved microstructure shows suitable stability at a temperature of 850 °C (the expected working temperature), which indicates a high mold life during the preparation of segments by sintering. The essence of the result is a functional mold for sintering and the use of powder bed fusion technology under the specified printing conditions with subsequent post-processing guaranteeing sufficient mechanical properties of the mold, punches and high-temperature stability.

Druh

G_funk - Funkční vzorek

CEP obor

—

OECD FORD obor

20500 - Materials engineering

Projekt

<a href="/cs/project/TN02000018" target="_blank" >TN02000018: Národní Centrum Kompetence STROJÍRENSTVÍ</a><br>

Návaznosti

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

Rok uplatnění

2025

Kód důvěrnosti údajů

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.

Interní identifikační kód produktu

TN02000018/14-V10

Číselná identifikace

077/15-12-2025_F

Technické parametry

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.

Ekonomické parametry

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.

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

—

Název vlastníka

Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

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

Požadavek na licenční poplatek

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Adresa www stránky s výsledkem

—