وقتی "مواد قالب گیری تزریقی فلز" را می شنوید، بیشتر ذهن ها مستقیماً به سمت پودر فلز می روند. این کار تیتر است، مطمئنا. اما اگر زمانی را در طبقه مغازه سپری کرده باشید، می دانید که داستان واقعی با سیستم کلاسور شروع می شود و با فضای کوره ختم می شود. این کل کوکتل است که مهم است، نه فقط روح. من پروژه‌های زیادی را دیده‌ام که متوقف شده‌اند، زیرا کسی یک پودر زیبا و کروی 17-4PH را تهیه کرده است، اما آن را با یک چسب موم-پلیمر عمومی که نمی‌تواند هندسه قطعه را کنترل کند، جفت کرده است، که منجر به اعوجاج فاجعه‌بار در حین جداسازی می‌شود. ماده فقط فلز نیست. این ماده اولیه است. این اولین و اغلب گرانترین درس است.
معادله مواد اولیه: هنر بیشتر از علم
گاهی اوقات درست کردن مواد اولیه شبیه کیمیاگری است. نسبت ایده آل بارگیری پودر - آن درصد حجمی پودر فلز در بایندر - طناب زدن است. آن را برای یک قطعه پیچیده بیش از حد به بالا فشار دهید، و جریان پذیری را که MIM برای آن ارزشمند است از دست می دهید. ماشین قالب‌گیری تزریقی با مشکل مواجه می‌شود، خطوط جوش، حفره‌ها ایجاد می‌شود. خیلی کم است، و قطعه به طور غیرقابل پیش بینی در طول پخت منقبض می شود و در نهایت از مشخصات خارج می شود. برای قطعه‌ای با سایش بالا که زمانی استفاده می‌کردیم، با استفاده از پودر 316 لیتری ریز و اتمیزه‌شده با گاز، مجبور شدیم مقدار بارگذاری را کمی نسبت به توصیه کتاب درسی کاهش دهیم. چرا؟ این قسمت دارای سطح مقطع نازک مضحکی در مجاورت یک توپی ضخیم بود. بارگذاری استاندارد باعث ایجاد علائم سینک می شود. ما برای اطمینان از پر شدن، چگالی کم‌تر را به خطر انداختیم، سپس مشخصات تف جوشی را تغییر دادیم تا جبران شود. کار کرد، اما در هیچ دفترچه راهنما نبود.
اینجاست که نقش صحافی از نظر جنایی دست کم گرفته می شود. این فقط یک چسب موقت نیست. سینتیک تجزیه آن در طول جداسازی حرارتی یا حلال باید کاملاً با بسته بندی پودر هماهنگ شود. یک عدم تطابق در اینجا، و دچار نفخ، ترک خوردگی یا فروپاشی «قسمت سبز» می‌شوید. دسته‌ای را به خاطر می‌آورم که تامین‌کننده کلاسور بدون اطلاع قبلی یک کاتالیزور را تغییر داد. قطعات از قالب بیرون آمدند، عالی به نظر می رسیدند، اما در فر debind، مانند خمیر خسته فرو می رفتند. ضرر کل پودر یکسان بود، مشخصات فلزی بدون تغییر بود. خرابی در یک جزء جزئی از سیستم بایندر بود.
و بیایید در مورد ویژگی های پودر صحبت کنیم. کروییت و توزیع اندازه ذرات (PSD) همه چیز هستند. یک PSD باریک ممکن است تئوری بسته بندی عالی را ارائه دهد، اما یک توزیع خوب کنترل شده و کمی گسترده تر اغلب در عمل بهتر جریان می یابد و با اطمینان بیشتری متخلخل می شود. برای مواد اولیه ایمپلنت پزشکی کبالت کروم، ما با مسائل مربوط به تخلخل مبارزه کردیم تا زمانی که دو مقدار پودر مختلف را با هم ترکیب کردیم تا منحنی PSD مناسب را بدست آوریم. برگه های مشخصات برای هر لات "قابل قبول" بود، اما جادو در ترکیب بود. شما این را از یک دیتاشیت یاد نمی گیرید. شما آن را از دسته های اسقاط شده یاد می گیرید.
تف جوشی: جایی که مواد واقعاً تشکیل می شوند
این نقطه بی بازگشت است. شما یک "قسمت قهوه ای" شکننده را قالب زده و جدا کرده اید. اکنون، در کوره تف جوشی، ذرات فلز با هم ترکیب می شوند و خواص واقعی مواد ظاهر می شود. این جایی است که انتخاب شما از مواد پایه - فولاد ضد زنگ، فولاد ابزار، آلیاژ ویژه - با آزمایش آتش مواجه می شود. کنترل اتمسفر پادشاه است. یک نشت کوچک اکسیژن در اتمسفر هیدروژن-نیتروژن هنگام تف جوشی فولاد حاوی کروم مانند 17-4PH می تواند کربن سطح را از بین ببرد و مقاومت در برابر خوردگی را از بین ببرد. ما یاد گرفتیم که قطعات ساختگی را قبل از هر دسته مهم اجرا کنیم تا جو کوره را آزمایش کنیم، یک بیمه نامه ارزان.
چرخه تف جوشی به خودی خود یک دستور العمل مخصوص مواد است. نرخ های شیب دار، دمای نگهداری، سرعت خنک کننده - همه آنها ریزساختار نهایی را دیکته می کنند. برای پروژه‌ای که به آلیاژ مغناطیسی نرم (مانند Fe-50% Ni) نیاز دارد، سرعت خنک‌سازی از دمای تف جوشی برای ایجاد نفوذپذیری مغناطیسی مورد نظر حیاتی بود. خیلی سریع، و ما پنجره ملک را از دست دادیم. برای رسیدن به مشخصات فنی، سه دوره کوره با تغییرات خنک کننده ظریف انجام شد. "مواد" در سفارش خرید فقط Fe-50Ni بود. مواد کاربردی در آن کوره ایجاد شد.
انقباض متغیر بزرگ دیگری است که مستقیماً به مواد اولیه وابسته است. هدف ما انقباض همسانگرد است، اما هرگز کاملاً یکنواخت نیست. برای یک جزء دنده دقیق، ما باید حفره قالب را بر اساس یک عامل انقباض تجربی که برای آن ماده اولیه آلیاژ 4140 ایجاد کرده بودیم، طراحی می‌کردیم، نه ادعای عمومی 15-18 درصد فروشنده. فاکتور ما در صفحه بحرانی 0.3±16.7% بود. این دقت از اندازه گیری صدها قطعه متخلخل و همبستگی به عقب بدست آمد. این نوع دانش مادی است که در کتاب بازی داخلی یک شرکت باقی می ماند.
چرا آلیاژهایی مانند کبالت و نیکل بازی را تغییر می دهند؟
حرکت از فولادهای ضد زنگ معمولی به قلمروهایی مانند آلیاژهای مبتنی بر کبالت یا آلیاژهای مبتنی بر نیکل برای MIM یک تغییر مرحله ای در سختی و هزینه است. اینها فقط «فولادهای فانتزی» نیستند. پنجره های تف جوشی آنها می تواند فوق العاده باریک باشد. یک آلیاژ کبالت-کروم-مولیبدن برای مصارف زیست پزشکی ممکن است در یک پنجره 20 درجه سانتیگراد برای رسیدن به چگالی کامل بدون رشد دانه، متخلخل شود. از دست ندهید، و یا تخلخل باقیمانده یا شکنندگی خواهید داشت.
حذف چسب برای این آلیاژهای با کارایی بالا نیز دشوارتر است. پودرهای آنها اغلب واکنش پذیرتر هستند، بنابراین جداسازی کاتالیزوری (مثلاً با استفاده از بخار اسید نیتریک) ممکن است برای جلوگیری از آلودگی سطحی نسبت به روش های حرارتی کندتر ترجیح داده شود. این امر پیچیدگی و هزینه فرآیند را اضافه می کند. اما سود بخش‌هایی است که خواص آنها نزدیک به مواد فرفورژه است - به چرخش‌های انژکتور سوخت موتور جت فکر کنید که از طریق MIM از یک سوپرآلیاژ نیکل ساخته شده‌اند. ارزش در پیچیدگی خالص شکل است، نه فقط هزینه مواد.
این منطقه ای است که در آن تجربه ریخته گری عمیق و ماشینکاری بسیار ارزشمند می شود. شرکتی با سابقه طولانی در سرمایه گذاری ریخته گری و ماشینکاری آلیاژهای خاص مانند Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY)، دیدگاه متفاوتی را برای MIM به ارمغان می آورد. آنها با متالورژی سروکار دارند آلیاژهای خاص برای چندین دهه از طریق عملیات ریخته گری پوسته و سرمایه گذاری آنها. این دانش ریشه‌دار در مورد نحوه رفتار این فلزات تحت گرما، نحوه تعامل آنها با اتمسفر، و نحوه تکمیل آنها یک دارایی بزرگ در هنگام ساختن آنها است. آنها می‌دانند که وضعیت پس از تف جوشی، تنها فضای خالی شروع برای بسیاری از بخش‌ها است، که پس از آن به دقیق نیاز دارند ماشینکاری CNC برای برآورده کردن تلورانس های نهایی در مورد ویژگی های حیاتی. فرآیند MIM و انتخاب مواد با در نظر گرفتن مرحله ماشینکاری بعدی طراحی شده است.
پیوند ماشینکاری: MIM همیشه به معنای «تمام شده» نیست
یک تصور غلط رایج این است که قطعات MIM از کوره خارج می شوند و آماده استفاده هستند. برای بسیاری، بله. اما برای کاربردهای با دقت بالا، زینترینگ با عملیات ثانویه دنبال می شود. این برای انتخاب مواد حیاتی است. شما ممکن است یک درجه از پیش سخت شده انتخاب کنید، یا یک درجه که پس از پخت تحت عملیات حرارتی قرار گیرد. اما شما باید ماشین کاری را نیز در نظر بگیرید. یک قطعه MIM متخلخل دارای یک ریزساختار خوب و یکنواخت است، اما ماشینکاری آن همیشه رویایی نیست. می تواند ساینده باشد.
ما یک مورد با یک قطعه MIM از جنس استنلس استیل 440 درجه سانتیگراد داشتیم که نیاز به یک سوراخ داشت. قطعه پس از پخت کاملاً متراکم و سخت بود. ضربه زدن مستقیم به آن ابزار جویدن بود. ما مجبور شدیم چرخه تف جوشی را تنظیم کنیم تا آن را برای ماشینکاری در حالت کمی نرمتر بگذاریم، سپس یک عملیات حرارتی سخت شدن بعدی اضافه کنیم. بنابراین فرآیند "مواد" عبارت بود از: فرمولاسیون مواد اولیه -> قالب گیری -> جداسازی -> تف جوشی (نرم) -> ماشینکاری CNC -> عملیات حرارتی -> محصول نهایی. سفر مواد بعد از کوره تمام نشده بود.
این نمای یکپارچه کلیدی است. به همین دلیل است که برخی از موفق ترین بازیکنان، فروشگاه های MIM خالص نیستند. آنها تولیدکنندگان یکپارچه مانند QSY هستند که فرآیندها را ترکیب می کنند. آنها می‌توانند به طراحی یک جزء پیچیده و پر آلیاژ نگاه کنند و قضاوت کنند که آیا ریخته گری سرمایه گذاری، MIM یا یک رویکرد ترکیبی بهترین است که بر اساس هندسه، ماده و حجم باشد. 30 سال آنها در ریخته گری و ماشینکاری به این معنی است که آنها مواد MIM را با درک کامل از کل زنجیره تولید انتخاب می کنند، نه فقط مراحل قالب گیری و پخت. آنها می دانند که هزینه واقعی یک ماده شامل نحوه رفتار آن در هر عملیات بعدی است.
شکست‌ها و درس‌هایی که در آنها نقش می‌بندند
شما مطالبی را از موفقیت ها یاد نمی گیرید. شما از سطل های قراضه یاد می گیرید. در اوایل، ما سعی کردیم یک ماده اولیه فولادی کم آلیاژ را برای قطعات خودرو اجرا کنیم. قطعات خوب پخته شدند، عالی به نظر می رسیدند. اما در آزمایش اسپری نمک، آنها در چند ساعت زنگ زدند، در حالی که یک قطعه ماشینکاری سنتی از همان درجه هفته ها دوام آورد. مقصر؟ از دست دادن کربن در طول پخت به دلیل جوی که برای شیمی سطح پودر خاص کاملاً تنظیم نشده است. "درجه" مواد درست بود، اما این فرآیند ترکیب موثر آن را تغییر داده بود. ما مجبور شدیم به پودری که برای MIM مهندسی شده بود، با غیرفعال سازی سطحی متفاوت تغییر دهیم و پروتکل کوره را سفت کنیم. اگر فرآیندی را که ماده نهایی را ایجاد می‌کند کنترل نمی‌کردیم، برگه مشخصات بی‌فایده بود.
بار دیگر، با استفاده از یک آلیاژ سنگین تنگستن با قابلیت MIM کاوش کردیم. چگالی فوق‌العاده بود، اما قالب‌گیری مداوم مواد اولیه بسیار دشوار بود. ما ماه ها را صرف طراحی دروازه و دونده، دمای قالب، پارامترهای تزریق کردیم. ما قطعات عملکردی را دریافت کردیم، اما بازدهی هرگز برای حجم مقرون به صرفه نبود. آن را در قفسه گذاشتیم. این مواد روی کاغذ امیدوارکننده بود، اما واقعیت های عملی تبدیل آن از مواد اولیه به جزء قابل اعتماد پروژه را نابود کرد. این یک قضاوت مهم است که شما فقط با تلاش و شکست انجام می دهید.
بنابراین وقتی به آن فکر می کنم مواد قالب گیری تزریق فلز اکنون، من فقط لیستی از آلیاژها را نمی بینم. من مجموعه ای از تصمیمات را می بینم: شکل و اندازه پودر، شیمی بایندر، بارگذاری پودر، روش جداسازی، مشخصات جو کوره، عملیات حرارتی احتمالی، و ماشینکاری ثانویه ضروری. مواد تمام این زنجیره است. این یک موجودیت تعریف شده توسط فرآیند است. درست کردن آن به معنای احترام گذاشتن به هر پیوند است، و این دانش خریداری نمی‌شود—بخش به بخش، شکست با شکست در طول سال‌ها ساخته می‌شود. این تفاوت بین سفارش پودر و مهندسی یک جزء است.
