Калі нехта кажа "тыпы парашковай металургіі", большасць розумаў адразу пераходзіць да класічнага прэсавання і спекання. Вядома, гэта працоўны конік, але гэта толькі пачатак. Сапраўдная размова пачынаецца, калі вы пытаецеся: якая канчатковая праца гэтай часткі? Гэта простая ўтулка з нізкім узроўнем напружання, ці гэта кампанент турбіны, які падвяргаецца высокай цеплавой і вярчальнай сіле? Гэта адрозненне цалкам перакідвае вас з адной галіны гэтай тэхналогіі на іншую. Я бачыў занадта шмат праектаў, у якіх інжынер вызначаў клас матэрыялу, але не да канца змагаўся з наступствамі вытворчага маршруту на даўгавечнасць або стабільнасць памераў. Гэты разрыў паміж мадэллю САПР і спечанай рэальнасцю - гэта месца, дзе жывуць сапраўдныя віды парашковай металургіі.
Прэс і агломерат: базавая лінія і яе нябачныя межы
Пачнем з усюдыіснага. Вы бераце металічны парашок, як правіла, сумесь на аснове жалеза з невялікай колькасцю медзі, нікеля і графіту, папярэдне легіраваных або змешаных, сціскаеце яго ў цвёрдым штампе пры пакаёвай тэмпературы, затым награваеце ў печы з кантраляванай атмасферай. Сувязі ўтвараюцца шляхам цвёрдацельнай дыфузіі. Гэта фантастычна эфектыўна для стварэння вялікіх аб'ёмаў. Шасцярні, зорачкі, канструктыўныя дэталі ў прыборах — мноства прыкладаў.
Але вось падвох, які ўсе замоўчваюць: шчыльнасць. Звычайнае прэсаванне і спеканне звычайна дасягае каля 92-95% ад тэарэтычнай шчыльнасці. Гэтая рэшткавая сітаватасць падыходзіць для многіх прыкладанняў, але яна забівае дынамічныя ўласцівасці. Крывая трываласці на стомленасць рана выраўноўваецца, несуцяшальна. Я памятаю праект гідраўлічнай перадачы помпы, дзе першапачатковыя прататыпы са стандартнага цэха P/M праваліліся значна раней, чым эквівалент з каванай сталі падчас выпрабаванняў на трываласць. Першапрычынай была не хімія матэрыялаў; гэта былі гэтыя мікраскапічныя пары, якія дзейнічалі як канцэнтратары стрэсу. Мы павінны былі змяніць сваё мысленне.
Вось дзе сплаўныя сістэмы і змазачныя матэрыялы маюць вялікае значэнне. FN-0205 (жалеза з 2% нікеля і 0,5% графіту) будзе паводзіць сябе зусім інакш, чым FC-0208 (з 2% медзі) падчас спякання, уплываючы на змяненне памераў і канчатковую трываласць. А кропка расы атмасферы вашай печы? Крытычны для аднаўлення аксідаў, асабліва з такімі элементамі, як хром або марганец. Памыліцеся, і ў вас будзе далікатная частка. Гэта не проста працэс; гэта хімічны эксперымент пад цяплом.
Калі шчыльнасць не падлягае абмеркаванню: ліццё металу пад ціскам і не толькі
Такім чынам, што рабіць, калі вам патрэбна амаль поўная шчыльнасць і складаная форма, пры апрацоўцы якой з прутка будзе выдаткавана 80% матэрыялу? Гэта сфера Ліццё металу пад ціскам (MIM). Вы змешваеце вельмі дробны сферычны парашок з палімерным злучным, фарміруеце яго пад ціскам, як пластык, затым асцярожна выдаляеце звязальнае (выдаленне звязвання) перад спяканнем. Частка моцна сціскаецца - прыкладна на 15-20%, але раўнамерна, калі ваша сыравіна аднастайная. Вы дасягаеце шчыльнасці больш за 98%, часта каля 99%.
Прыгажосць MIM у такіх дэталях, як унутраная разьба, падрэзы і тонкія сценкі. Мы выкарыстоўвалі яго для кампанента хірургічнага інструмента, дэталі з нержавеючай сталі 17-4 PH са складаным механізмам зашчапкі. Яго апрацоўка была кашмарам прыстасаванняў і паломкі інструментаў. MIM зрабіў гэта адзіным, спечаным кавалкам. Але д'ябал сядзіць. Калі злучнае не выдаляецца раўнамерна, вы атрымаеце расколіны або пухіры. Гэта павольны, далікатны тэрмічны цыкл, а не аперацыя грубай сілы.
Гэта падключаецца да іншай галіны: Гарачае ізастатычнае прэсаванне (HIP). Часам вы выкарыстоўваеце яго самастойна з парашком у балончыку (кантэйнер HIPing), але часцей гэта другасны працэс, каб закрыць рэшткавую сітаватасць у спечанай дэталі. Мы б узялі крытычна важныя корпусы клапанаў, зробленыя метадам прэсавання і спекання, і падверглі іх цыклу HIP — высокі ціск аргону пры высокай тэмпературы. Ён зачыняе гэтыя ўнутраныя пары, значна паляпшаючы пластычнасць і трываласць ціску. Гэта павялічвае кошт, але для кампанентаў нафты і газу гэта білет на кваліфікацыю.
Шлях кавання: парашковая коўка і яе ніша
Потым ёсць парашковая коўка. Вы вырабляеце нарыхтоўку з дапамогай звычайнага прэсавання, затым бярэце гэтую спечаную (або часам неспечаную) нарыхтоўку і кіруеце яе ў закрытай штампе. Такім чынам дасягаецца поўная шчыльнасць і выдатныя механічныя ўласцівасці, блізкія да каваных каванак. Выхад матэрыялу выдатны. Гэта быў выбар для высоканапружаных аўтамабільных кампанентаў, такіх як шатуны.
Але выдаткі на інструменты значныя, і вам патрэбны аб'ём, каб гэта апраўдаць. Тэрмічнае кіраванне складанае — раўнамерна нагрэць нарыхтоўку да патрэбнай тэмпературы для кавання без акаліны або абязуглерожвання. Я бачыў выпрабаванні, калі няправільная канструкцыя нарыхтоўкі прыводзіла да зморшчын (нахлестаў), дэфекту, які з'яўляецца катастрафічным у дынамічнай частцы. Гэта магутны тып парашковай металургіі, але ён патрабуе павагі да кавальскаму майстэрству гэтак жа, як і парашковай навукі.
Адытыўная вытворчасць: новая мяжа ў сям'і
Сёння вы не можаце гаварыць аб тыпах, не закранаючы адытыўнай вытворчасці, або Powder Bed Fusion. Селектыўнае лазернае плаўленне (SLM), электронна-прамянёвае плаўленне (EBM). Гэта парашковая металургія ў самым літаральным сэнсе: стварэнне дэталі пласт за пластом шляхам поўнага расплаўлення парашка з дапамогай сфакусаванай крыніцы энергіі. Шчыльнасць можа складаць 99,9%+, калі ўвесці параметры.
Свабода рэвалюцыйная, але аздабленне паверхні і ўнутранае напружанне - гэта кампрамісы. Надрукаваная паверхня мае характэрную шурпатасць ад часткова расплаўленых часціц парашка, якая жудасна стамляецца, калі яе не апрацоўваць. А рэшткавае напружанне ад хуткага нагрэву і астуджэння патрабуе зняцця напружання або цыклу гарачага ізастатычнага прэсавання. Мы ацанілі яго для нестандартнай канструкцыі крыльчаткі з малым аб'ёмам у Qingdao Qiangsenyuan. Геаметрыя была ідэальнай для гэтага, але для неабходнай цэласнасці паверхні і кошту дэталі ў нашым аб'ёме мы ў канчатковым выніку абралі ліццё па выплавляемым мадэлям для запуску прататыпа. AM быў ідэальным інструментам, але для гэтай канкрэтнай працы ён не быў правільным інструментам. Гэта ключавое адрозненне.
Дзе перасякаюцца дарогі ліцця і парашковай металургіі
Гэта падводзіць мяне да адпаведнай датычнай. У Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY), з іх дзесяцігоддзямі ў корпусе і ліцці па выплавляемых мадэлях, размова часта пераходзіць да якасці матэрыялаў. Калі кліенту патрэбна дэталь з суперсплава на аснове нікеля для працы пры высокіх тэмпературах, выбар паміж ліццём па выплавляемым мадэлям і спосабам парашковай металургіі, такім як HIP, становіцца галоўным. Ліццё можа прыгожа апрацоўваць вялікія, складаныя формы, але зярністая структура і патэнцыял мікрасітаватасці - гэта абмежаванні. Парашок HIPing дае тонкую, аднастайную мікраструктуру, па сутнасці, ізатропныя ўласцівасці. Рашэнне залежыць ад памеру, складанасці, патрабаванняў да ўласнасці і памеру ўчастка. Часам лепшым рашэннем з'яўляецца гібрыд: выкарыстанне адліванай загатоўкі з наступным нанясеннем парашковага пакрыцця з дапамогай тэрмічнага распылення для зносаўстойлівасці. Справа не ў тым, каб адзін быў лепшым; гаворка ідзе пра правільнае спалучэнне працэсаў.
Фактар, які не ўлічваецца: сам парашок
Усе гэтыя тыпы залежаць ад зыходнага матэрыялу: парашка. Працэс распылення газам, распыленнем вады, плазменным электродам (PREP) — метад вытворчасці вызначае форму часціц, размеркаванне па памерах і ўнутраную мікраструктуру. Для MIM вам патрэбны дробныя сферычныя часціцы для добрай цякучасці і ўпакоўкі. Пры звычайным прэсаванні нерэгулярныя часціцы, распыленыя вадой, лепш злучаюцца паміж сабой для атрымання зялёнай трываласці. Калі вы працуеце з такімі рэактыўнымі сплавамі, як тытан або спецыяльныя сплавы са спісаў QSY (на аснове кобальту, на аснове нікеля), апрацоўка парашка ў інэртнай атмасферы не падлягае абмеркаванню. Падхоп кіслароду - ціхі забойца пластычнасці.
Я навучыўся гэтаму рана. Партыя парашка з нержавеючай сталі 316L для MIM мела крыху большае ўтрыманне вільгаці, чым спецыфікацыя. Гэта выклікала аддзяленне звязальнага парашка падчас фармавання, што прывяло да пустэч, якія выяўляліся толькі пасля спякання. Уся партыя была ломам. Пудра - аснова. Недахоп там не можа быць выпраўлены ніжэй па плыні.
Такім чынам, калі я думаю пра «тыпы парашковай металургіі», я сапраўды думаю пра дрэва рашэнняў. Пачніце з функцыі дэталі, патрабаванняў да яе ўласцівасцей, яе геаметрыі і прымальнага кошту. Гэты шлях прывядзе вас да правільнага парашка і правільнага метаду кансалідацыі. Гэта ніколі не проста спіс варыянтаў; гэта серыя тэхнічных і эканамічных кампрамісаў, за кожным выбарам хаваецца прывід сітаватасці. Мэта складаецца ў тым, каб выбраць працэс, які прымусіць гэты прывід знікнуць або, прынамсі, зрабіць яго бясшкодным для меркаванага жыцця дэталі.
