ریخته گری و متالورژی پودر

بیایید صادق باشیم، بسیاری از افراد تدارکاتی و حتی برخی از مهندسان، ریخته گری و متالورژی پودر (PM) را با هم به عنوان فرآیندهای نزدیک به شبکه جمع می کنند و آن را یک روز می نامند. این یک نقطه شروع مناسب است، اما داستان واقعی را از دست می دهد. انتخاب فقط در مورد شکل نیست. این در مورد سفر مواد از یک توده شل به یک قسمت جامد است، و این سفر با روح آن چه می کند - ریزساختار، چگالی و سقف عملکرد آن. من دیده‌ام که پروژه‌ها از ریل خارج شده‌اند، زیرا شخصی اصرار به PM برای بخشی داشت که برای ریخته‌گری سرمایه‌گذاری فریاد می‌زد، یا برعکس، بدون اینکه DNA فرآیند را درک کند، به دنبال برگه مشخصات بود.

واگرایی هسته: مایع در مقابل حالت جامد

این دوشاخه اساسی در جاده است. ریخته گری در مورد انجماد کنترل شده است. شما یک ماده را می گیرید، آن را به صورت مایع ذوب می کنید و در یک حفره می ریزید. جادو - و سردرد - هنگام یخ زدن اتفاق می افتد. ساختار دانه، تخلخل انقباض، تفکیک عناصر آلیاژی: همه توسط نحوه مدیریت انتقال مایع به جامد تعیین می شوند. با ریخته‌گری سرمایه‌گذاری، که در مغازه‌مان کوه‌هایی از قطعات را اجرا کرده‌ایم، شما در حال جنگ با تلاطم در حین ریختن و تغذیه انقباض از طریق یک پوسته سرامیکی پیچیده هستید. این یک رقص با ترمودینامیک در زمان واقعی است.

از طرف دیگر، متالورژی پودر، فاز مایع را به طور کامل نادیده می گیرد (به کناری تف جوشی، اما این نوع دیگری از گرما است). شما پودر فلز جامد را در قالب فشرده می کنید و سپس آن را گرم می کنید تا ذرات ذرات را ذوب کنند. مزیت آن ثبات ابعادی فوق‌العاده و توانایی ایجاد آلیاژهایی است که به راحتی نمی‌توانید آنها را ذوب و ریخته‌کنید، مانند کامپوزیت‌های تنگستن خاص. اما پاشنه آشیل تخلخل ذاتی است. این شبکه از حفره های کوچک، انعطاف پذیری و عمر خستگی را محدود می کند. می‌توانید آن را با فشار ایزواستاتیک گرم (HIP) با چگالی تقریباً کامل فشار دهید، اما اکنون هزینه شما روی درب آهنگری است. این یک بازی مبادله ای است.

من یک جزء شیر برای بخش نفت و گاز را به خاطر می آورم. نقشه اولیه مشتری، PM را به دلیل تحمل‌های کم آن در برخی از شیارهای خارجی دشوار مشخص کرده است. اما این قطعه دارای بخش های جدار نازک نیز بود و نیاز به مقاومت در برابر خستگی چرخه بالا داشت. ما عقب رانده شدیم، پیشنهاد دادیم که به آن سوئیچ کنیم ریخته گری قالب پوسته با یک آلیاژ مبتنی بر کبالت و به دنبال آن ماشینکاری CNC دقیق برای آن شیارهای مهم. قالب پوسته به ما پرداخت سطحی ظریف‌تر و خواص همسانگرد بیشتری نسبت به یک ریخته‌گری شنی معمولی داد و نادیده گرفتن مسئله تخلخل برای خستگی غیرقابل مذاکره بود. هر دو را آزمایش کردند. بخش ماشینکاری شده با ضریب سه برابر در تست خستگی از نمونه اولیه PM دوام آورد. درس؟ تلورانس ها را می توان در ماشینکاری کرد. یکپارچگی مادی اساسی اغلب نمی تواند.

واقعیت های مادی: همه چیز جریان یا فشرده نیست

پالت مواد شما مسیر فرآیند شما را دیکته می کند، گاهی اوقات بی رحمانه. در QSY، ما به طور معمول همه چیز را از چدن شکل پذیر گرفته تا سوپرآلیاژهای نیکل مانند Inconel 718 می ریزیم. این آلیاژهای با کارایی بالا سیالیت وحشتناکی دارند. آنها تنبل هستند و مستعد ایجاد اشتباه در بخش های نازک هستند. ریختن آنها به قالب های از قبل گرم شده و اغلب کمک خلاء یا فشار نیاز دارد. شما به سادگی نمی توانید بیشتر آنها را به شکل پودر فشرده کنید و یک قطعه قابل استفاده بدست آورید - عناصر آلیاژی در هنگام اتمیزه شدن یا فشرده شدن پودر خوب بازی نمی کنند.

برعکس، PM پادشاه مواد متخلخل (به بلبرینگ های خود روان شونده فکر کنید) و فلزات نسوز یکپارچه است. تلاش برای ریخته گری قطعه با تخلخل حجمی ثابت 20 درصد برای حفظ روغن یک کابوس است. اما با PM، شما فقط فشار فشرده سازی و چرخه تف جوشی را کنترل می کنید. برای آن نیاز خاص زیبا است. ما یک بار برای یک بوته مولیبدن پرس و جو داشتیم. ریخته گری مولیبدن؟ به دلیل نقطه ذوب شدید و تمایل به اکسیداسیون تقریبا غیرممکن است. PM تنها مسیر قابل اجرا بود، و ما مجبور شدیم پروژه را به دلیل خارج از ما رد کنیم ریخته گری و ماشینکاری خط دانستن محدودیت های فروشگاه شما به اندازه دانستن فرآیندها مهم است.

سپس داستان قراضه وجود دارد. ریخته گری اسپرو، دونده و رایزر تولید می کند - گاهی اوقات وزن محصول کمتر از نصف وزن ریخته شده است. قابل بازیافت است، اما انرژی ذوب مجدد است. PM دارای تقریباً 97٪ استفاده از مواد است. شما فقط از پودر مورد نیاز خود استفاده کنید. این یک محرک هزینه هنگفت برای مواد گران قیمت مانند فولادهای ابزار یا سوپرآلیاژها است. اما خود آن پودر از نظر نجومی به ازای هر کیلو گرانتر از موجودی شمش است. نقطه متقاطع اقتصادی یک هدف متحرک بر اساس هزینه مواد و هندسه قطعه است.

دست دادن ماشین کاری: جایی که اکثر قطعات واقعاً تعریف می شوند

اینجا جایی است که وعده‌ی نزدیک به شبکه با چرخ سنگ‌زنی واقعیت برخورد می‌کند. تعداد بسیار کمی از قطعات ریخته گری یا PM واقعاً به شکل شبکه برای رابط های حیاتی هستند. آنها تقریبا همیشه به یک نیاز دارند ماشینکاری CNC تمام کردن و نحوه ماشین کاری آنها دنیاها از هم جداست.

یک ریخته گری سرمایه گذاری با کیفیت خوب در ضد زنگ 17-4PH ممکن است فقط 0.5 تا 1 میلی متر ذخایر روی سطح آب بندی داشته باشد. این ماشین به زیبایی، قابل پیش بینی است. یک بخش PM از هندسه مشابه، حتی پس از پخت، می تواند ساینده و ناسازگار باشد. این منافذ میکروسکوپی مانند حفره های کوچکی عمل می کنند که لبه ابزار برش شما را خرد می کنند. شما ابعاد زیبایی دارید، اما عمر ابزار شما به شدت کاهش می یابد. ما مجبور شدیم پروتکل‌های تغذیه/سرعت کاملاً متفاوتی را توسعه دهیم و از خنک‌کننده تهاجمی‌تر برای قطعات متخلخل در مقابل قطعات ریخته‌گری استفاده کنیم. هزینه پس از پردازش می تواند پس انداز اولیه را از PM حذف کند، اگر در مراحل اولیه در نظر گرفته نشود.

و بیایید در مورد نقص ها صحبت کنیم. یک نقص ریخته گری - یک حفره انقباض، یک شن و ماسه - معمولا ماکروسکوپی است. می توانید آن را با PT یا RT ببینید. یک نقص PM اغلب ظریف است: یک گرادیان چگالی، یک منطقه کمی کربن تهی از جو تف جوشی. ممکن است فقط در زیر یک میکروگراف نشان داده شود یا باعث از کار افتادن یک قطعه در یک تست با استرس بالا شود. پارادایم های کنترل کیفیت متفاوت است. برای اجزای دینامیکی حیاتی، ما اغلب بر بازرسی رادیوگرافی برای ریخته گری اصرار داریم، در حالی که برای قطعات PM، ممکن است یک آزمایش چگالی دسته ای و آنالیز ریزساختاری را مشخص کنیم.

معادله هزینه: هرگز ساده نیست

Tooling اولین تقسیم کننده بزرگ است. یک قالب ریخته گری سرمایه گذاری پیچیده، به ویژه برای ریخته گری قالب پوسته، گران است. شما در حال ساخت یک قالب برای الگوی مومی هستید، سپس هر پوسته سرامیکی یک ماده مصرفی است. برای حجم های کم، بی رحمانه است. ابزار PM - قالب های تراکم - فولاد سخت شده است و می تواند بسیار گران باشد، اما شما قطعات را برای ده ها هزار چرخه سوراخ می کنید. صدای سربه سر کلید است. برای اجراهای کمتر از 5000 قطعه، ریخته گری اغلب در هزینه ابزار برنده است. بالای 50000، PM شروع به غیرقابل مقاومت می کند، به شرط اینکه کار مواد و عملکرد انجام شود.

اما صبر کنید، نکته ظریفی وجود دارد. اگر قسمت شما آندرکات داشته باشد چه؟ یک هسته جانبی در قالب ریخته گری قابل مدیریت است. یک عمل جانبی در قالب تراکم PM پیچیده است، خروج قطعه را محدود می‌کند و هزینه ابزارآلات را از طریق سقف می‌برد. ناگهان، برای آن بخش هندسی پیچیده، هزینه قالب ریخته گری برای هر قطعه ممکن است کمتر از ابزار نجومی PM باشد، حتی در حجم های بالاتر. من در جلسات طراحی برای ساخت شرکت کرده‌ام که در آن توصیه‌ها را سه بار تغییر داده‌ایم، زیرا طراحی یک ویژگی آندرکات را بهینه کرد.

زمان سرب یکی دیگر از هزینه های خاموش است. فرآیند ریخته‌گری، از قالب تا اولین مقاله، می‌تواند نسبتاً سریع باشد - چند هفته. تهیه پودر فلز مناسب، به ویژه برای یک آلیاژ سفارشی، می تواند ماه ها زمان داشته باشد. در طول بحران زنجیره تامین در چند سال گذشته، ما مشتریان را به سمت ریخته‌گری سوق داده‌ایم، زیرا می‌توانستیم 316 لیتر میله ضد زنگ را برای ذوب مجدد در زمانی که پودر 316 لیتری 26 هفته پس مانده داشت، تهیه کنیم. قابلیت اطمینان تامین اهمیت دارد.

تفکر ترکیبی و نگاه اجمالی به آینده

جالب‌ترین پیشرفت‌ها در ریخته‌گری خالص یا PM خالص نیست، بلکه در ناحیه خاکستری است. قالب‌گیری تزریقی فلز (MIM)، که اساسا PM با یک چسب پلاستیکی است، سهمی را از ریخته‌گری‌های کوچک و پیچیده سرمایه‌گذاری می‌کند. سطح و جزئیات بهتری نسبت به PM سنتی ارائه می دهد. از طرف دیگر، فرآیندهای ریخته‌گری HIP دارید که در آن یک ریخته‌گری سرمایه‌گذاری می‌کنید و آن را با فشار ایزواستاتیک داغ می‌زنید تا ریزتخلخل‌ها را از بین ببرید، و هندسه ریخته‌گری با چگالی جعلی را به شما می‌دهد. ما این مورد را روی برخی از اجزای توربین با یکپارچگی بالا آزمایش کرده‌ایم آلیاژهای مبتنی بر نیکل. نتایج قابل توجه است، اما هزینه آن برای بودجه هوافضا است، نه خودرو.

سپس جت بایندر و سایر تکنیک های تولید افزودنی وجود دارد. برخی به آن PM مجاور می گویند. شما هنوز در حال ترکیب پودر هستید، اما لایه به لایه بدون قالب. برای نمونه‌های اولیه یا تعویض قطعات قدیمی که هزینه‌های ابزارآلات پروژه را از بین می‌برد، یک تغییر بازی است. اما برای حجم تولید بالای چند صد، سرعت و هزینه هر قطعه هنوز نمی تواند فرآیندهای سنتی را لمس کند. مکمل است، هنوز جایگزین نشده است.

با نگاهی به سه دهه گذشته، این روند برنده یک فرآیند نیست. این در مورد یک بازی تطبیق پیچیده تر است. نقش یک متخصص مانند Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY) فقط برای ارائه نیست قالب صدفی یا ریخته گری سرمایه گذاری و ماشینکاری درک این مثلث ماده - دارایی - فرآیند به اندازه کافی عمیق است که انتخاب را از مرحله طرح اولیه هدایت می کند. گاهی اوقات پاسخ درست یک انتخاب بازیگری با یکپارچگی بالا است. گاهی اوقات این یک قطعه دقیق PM است. اغلب، دانستن این است که کدام یک نیست، و داشتن تجربه - و زخم های ناشی از شکست های گذشته - قبل از اینکه فلز ریخته شود یا پودر فشرده شود.