Kui keegi ütleb "pulbermetallurgia tüübid", hüppab enamik mõtteid otse klassikalise press-paagutamise juurde. See on muidugi tööhobune, aga see on alles stardivärav. Tõeline vestlus algab siis, kui küsite: mis on osa viimane töö? Kas see on lihtne madala pingega puks või on see turbiini komponent, mis näeb suuri kuumust ja pöörlemisjõude? See eristus viib teid selle tehnoloogia ühest harust täielikult teise. Olen näinud liiga palju disainilahendusi, kus insener täpsustas materjali klassi, kuid ei olnud täielikult maadelnud tootmisviisi mõjuga väsimuse kestusele või mõõtmete stabiilsusele. See lõhe CAD-mudeli ja paagutatud reaalsuse vahel on koht, kus elavad pulbermetallurgia tõelised tüübid.
Press ja paagutamine: lähtejoon ja selle nähtamatud piirid
Alustame üldlevinud. Võtke metallipulber, tavaliselt rauapõhine segu, mis on eelnevalt legeeritud või segatud vase, nikli ja grafiidiga, suruge see toatemperatuuril jäigas vormis kokku, seejärel soojendate seda kontrollitud atmosfääriga ahjus. Sidemed tekivad tahkisdifusiooni teel. See on fantastiliselt tõhus suure mahu ja kuju kujundamiseks. Hammasrattad, ketirattad, seadmete konstruktsiooniosad – lugematu arv näiteid.
Kuid siin on konks, mida kõik vaikivad: tihedus. Tavaline press-paagutamine ületab tavaliselt umbes 92–95% teoreetilisest tihedusest. See järelejäänud poorsus sobib paljude rakenduste jaoks, kuid see hävitab dünaamilised omadused. Väsimuse tugevuskõver tasandub pettumuslikult varakult. Meenub hüdropumba käigukasti projekt, kus standardse P/M kaupluse esialgsed prototüübid ebaõnnestusid palju varem kui sepistatud terase ekvivalent vastupidavuskatsetes. Algpõhjus ei olnud materjali keemia; need mikroskoopilised poorid toimisid stressi kontsentraatoritena. Pidime oma mõtlemist muutma.
Siin on sulamisüsteemid ja määrdeained tohutult olulised. FN-0205 (raud, milles on 2% niklit ja 0,5% grafiiti) käitub paagutamise ajal väga erinevalt FC-0208-st (2% vasest), mõjutades mõõtmete muutust ja lõplikku tugevust. Ja teie ahju atmosfääri kastepunkt? Kriitiline oksiidide redutseerimisel, eriti selliste elementidega nagu kroom või mangaan. Saage valesti ja teil on habras osa. See ei ole lihtsalt protsess; see on keemiakatse kuumuse all.
Kui tihedus ei ole kaubeldav: metallist survevalu ja muud
Mis siis, kui vajate peaaegu täistihedust ja keerulist kuju, mille varraste töötlemisel kuluks 80% materjalist? See on valdkond Metalli survevalu (MIM). Segate väga peene sfäärilise pulbri polümeerse sideainega, vormite selle nagu plastmassi, seejärel eemaldate enne paagutamist ettevaatlikult sideaine (lahtistamine). Osa kahaneb palju (umbes 15–20%), kuid ühtlaselt, kui lähteaine on homogeenne. Te saavutate tiheduse üle 98%, sageli 99% lähedal.
MIM-i ilu peitub detailides, nagu sisekeermed, sisselõiked ja õhukesed seinad. Kasutasime seda kirurgilise instrumendi komponendina, roostevabast terasest 17-4 PH detaili koos keerulise riivimehhanismiga. Selle töötlemine oli kinnitusdetailide ja tööriistade purunemise õudusunenägu. MIM tegi sellest ühtse paagutatud tüki. Aga kurat on lahtivõtmises. Kui sideainet ei eemaldata ühtlaselt, tekivad praod või villid. See on aeglane ja delikaatne termiline tsükkel, mitte julma jõuga operatsioon.
See ühendab teise haruga: Kuumastaatiline pressimine (HIP). Mõnikord kasutate seda eraldi koos purgis oleva pulbriga (konteineri HIPing), kuid sagedamini on see sekundaarne protsess paagutatud osa jääkpoorsuse sulgemiseks. Me võtaksime pressimise ja paagutamise teel valmistatud kriitilised klapikorpused ja paneme need läbi HIP-tsükli – kõrge argooni rõhk kõrgel temperatuuril. See pigistab need sisemised poorid kinni, parandades dramaatiliselt elastsust ja rõhu terviklikkust. See lisab kulusid, kuid nafta- ja gaasikomponentide puhul on see pilet kvalifikatsioonile.
Sepistamistee: pulbersepistamine ja selle nišš
Siis on pulbersepistamine. Valmistate tooriku tavapärase pressimise teel, seejärel võtate selle paagutatud (või mõnikord ka paagutamata) tooriku ja sepistage see suletud vormis kuumalt. See saavutab täieliku tiheduse ja suurepärased mehaanilised omadused, mis on lähedane sepistatud sepistele. Materjali saagis on suurepärane. See on olnud suure pingega autokomponentide, nagu ühendusvardad, jaoks.
Kuid tööriistakulud on märkimisväärsed ja selle õigustamiseks on vaja mahtu. Soojusjuhtimine on keeruline – tooriku saavutamine õige temperatuurini ühtlaselt sepistamiseks ilma katlakivi või dekarburiseerimiseta. Olen näinud katseid, kus tooriku ebaõige konstruktsioon viis voltide (ringide) sepistamiseni, mis on dünaamilises osas katastroofiline defekt. See on võimas pulbermetallurgia tüüp, kuid see nõuab austust sepistamise kui ka pulbriteaduse vastu.
Lisandite tootmine: perekonna uus piir
Tänapäeval ei saa rääkida tüüpidest, puudutamata lisandite tootmist või Powder Bed Fusion. Selektiivlaseri sulatamine (SLM), elektronkiire sulatamine (EBM). See on pulbermetallurgia selle kõige otsesemas tähenduses: osade ehitamine kiht kihi haaval, sulatades pulbri täielikult fokuseeritud energiaallikaga. Tihedus võib olla 99,9%+, kui parameetrid on sisestatud.
Vabadus on revolutsiooniline, kuid pinnaviimistlus ja sisemine pinge on kompromissid. Trükitud pinnale on iseloomulik osaliselt sulanud pulbriosakestest tingitud karedus, mis on töötlemata jätmisel kohutav väsimuse jaoks. Ja kiirest kuumutamisest ja jahutamisest tekkiv jääkpinge nõuab stressi leevendamist või kuumisostaatilist pressimist. Hindasime seda Qingdao Qiangsenyuanis kohandatud väikese mahuga tiiviku disaini jaoks. Geomeetria oli selle jaoks ideaalne, kuid nõutava pinna terviklikkuse ja osa maksumuse jaoks meie mahu juures läksime lõpuks prototüübi käivitamiseks investeerima. AM oli ideaalne tööriist, kuid selle konkreetse töö jaoks polnud see õige tööriist. See on peamine erinevus.
Kus ristuvad valu- ja pulbermetallurgia teed
See viib mind asjakohase puutujani. Kell Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY), kes on aastakümneid kestnud ja investeerinud, pöördub vestlus sageli materjali jõudluse poole. Kui klient vajab kõrgtemperatuurilise teeninduse jaoks osa niklipõhisest supersulamist, muutub keskseks valik investeerimisvalu ja pulbermetallurgia marsruudi (nt HIP) vahel. Valamisega saab ilusti hakkama suurte ja keerukate kujunditega, kuid tera struktuur ja potentsiaal mikropoorsuseks on piirid. Powder HIPing annab teile peene, ühtlase mikrostruktuuri, põhiliselt isotroopsed omadused. Otsus sõltub suurusest, keerukusest, kinnisvaranõuetest ja krundi suurusest. Mõnikord on parim lahendus hübriidne: valatud tooriku kasutamine ja seejärel pulbrilise katte pealekandmine kulumiskindluse tagamiseks termopihustiga. Asi pole selles, et üks on parem; see puudutab protsesside õiget kombinatsiooni.
Tähelepanuta jäetud tegur: pulber ise
Kõik need tüübid sõltuvad lähtematerjalist: pulbrist. Gaasiga pihustatud, veega pihustatud, plasmaga pöörleva elektroodi protsess (PREP) – tootmismeetod määrab osakeste kuju, suurusjaotuse ja sisemise mikrostruktuuri. MIM-i jaoks vajate neid peeneid sfäärilisi osakesi hea voolavuse ja pakkimise tagamiseks. Tavapärase pressimise korral haakub ebakorrapärased, veega pihustatud osakesed rohelise tugevuse tagamiseks paremini. Kui töötate reaktiivsete sulamitega, nagu titaan, või QSY erisulamitega (koobaltipõhine, niklipõhine), ei ole pulbri käitlemine inertses atmosfääris läbiräägitav. Hapniku koguja on plastilisuse vaikne tapja.
Õppisin seda varakult raskel teel. MIM-i jaoks mõeldud 316-liitrise roostevaba pulbri partii niiskusesisaldus oli pisut kõrgem kui spetsifikatsioon. See põhjustas vormimise ajal sideaine ja pulbri eraldumise, mille tagajärjel tekkisid tühimikud, mis ilmnesid alles pärast paagutamist. Kogu partii oli praak. Puuder on alus. Seal olevat viga ei saa allavoolu parandada.
Seega, kui ma mõtlen "pulbermetallurgia tüüpidele", mõtlen ma tõesti otsustuspuule. Alustage osa funktsioonist, selle omadustest, geomeetriast ja vastuvõetavatest kuludest. See tee viib teid õige pulbri ja õige konsolideerimismeetodini. See pole kunagi lihtsalt valikute loend; see on rida tehnilisi ja majanduslikke kompromisse, kus iga valiku taga varitseb poorsuse tont. Eesmärk on valida protsess, mis muudab selle kummituse kaduma või vähemalt muudab selle osa kavandatud eluea jooksul kahjutuks.
