وقتی کسی می‌گوید «انواع متالورژی پودر»، بیشتر ذهن‌ها مستقیماً به سراغ پرس و زینتر کلاسیک می‌روند. مطمئناً این اسب کار است، اما فقط دروازه شروع است. گفتگوی واقعی زمانی شروع می شود که می پرسید: کار نهایی قسمت چیست؟ آیا این یک بوش ساده و کم تنش است یا جزء توربین است که گرمای زیاد و نیروهای چرخشی را می بیند؟ این تمایز شما را به طور کامل از شاخه ای از این فناوری به شاخه ای دیگر سوق می دهد. من طرح های زیادی را دیده ام که در آن مهندس درجه مواد را مشخص کرده است، اما به طور کامل با پیامدهای مسیر تولید بر عمر خستگی یا پایداری ابعادی مقابله نکرده است. این شکاف بین مدل CAD و واقعیت متخلخل جایی است که انواع واقعی متالورژی پودر در آن زندگی می کنند.
مطبوعات و سینتر: خط پایه و محدودیت های نامرئی آن
بیایید با موردی که همه جا حاضر است شروع کنیم. پودر فلز را که معمولاً مخلوطی بر پایه آهن است با مقداری مس، نیکل و گرافیت از پیش آلیاژ شده یا مخلوط می‌گیرید، آن را در قالبی سفت و سخت در دمای اتاق فشرده می‌کنید، سپس آن را در کوره با جو کنترل‌شده حرارت می‌دهید. پیوندها از طریق انتشار حالت جامد تشکیل می شوند. برای شکل دهی با حجم بالا بسیار کارآمد است. چرخ دنده ها، چرخ دنده ها، قطعات ساختاری در لوازم خانگی - نمونه های بی شماری.
اما این چیزی است که همه به آن توجه می کنند: چگالی. پرس و زینتر معمولی معمولاً حدود 92 تا 95 درصد چگالی نظری را در بر می گیرد. این تخلخل باقیمانده برای بسیاری از کاربردها خوب است، اما خواص دینامیکی را از بین می برد. منحنی قدرت خستگی به طرز ناامیدکننده ای زود صاف می شود. من پروژه ای را برای چرخ دنده پمپ هیدرولیک به یاد می آورم که در آن نمونه های اولیه یک فروشگاه استاندارد P/M خیلی زودتر از معادل فولاد فرفورژه در آزمایش استقامت شکست خوردند. علت اصلی شیمی مواد نبود. آن منافذ میکروسکوپی بودند که به عنوان متمرکز کننده استرس عمل می کردند. باید فکرمان را عوض می‌کردیم.
اینجاست که سیستم های آلیاژی و روان کننده ها اهمیت زیادی دارند. یک FN-0205 (آهن با 2٪ نیکل و 0.5٪ گرافیت) رفتار بسیار متفاوتی با یک FC-0208 (با 2٪ مس) در حین تف جوشی دارد که بر تغییر ابعاد و استحکام نهایی تأثیر می گذارد. و نقطه شبنم جو کوره شما؟ برای کاهش اکسید حیاتی است، به ویژه با عناصری مانند کروم یا منگنز. اشتباه بگیرید، و شما یک بخش شکننده دارید. این فقط یک فرآیند نیست. این یک آزمایش شیمی در زیر گرما است.
وقتی چگالی غیر قابل مذاکره است: قالب گیری تزریقی فلز و فراتر از آن
بنابراین، اگر به چگالی تقریباً کامل و شکل پیچیده ای نیاز دارید که ماشینکاری از استوک میله ای 80٪ از مواد را هدر دهد، چه؟ این قلمرو است قالب گیری تزریق فلز (MIM). پودر بسیار ریز و کروی را با یک بایندر پلیمری مخلوط می‌کنید، آن را مانند پلاستیک قالب می‌زنید، سپس قبل از زینتر کردن، بایندر را با دقت جدا می‌کنید. این قطعه بسیار کوچک می شود - حدود 15-20٪ - اما اگر مواد اولیه شما همگن باشد، به طور یکنواخت کوچک می شود. شما به تراکم بیش از 98٪، اغلب نزدیک به 99٪ دست پیدا می کنید.
زیبایی MIM در جزئیاتی مانند رزوه های داخلی، زیر بریدگی ها و دیوارهای نازک است. ما از آن برای یک جزء ابزار جراحی، یک قطعه فولادی ضد زنگ 17-4 PH با مکانیزم چفت پیچیده استفاده کردیم. ماشینکاری آن کابوس وسایل و شکستگی ابزار بود. MIM آن را به یک قطعه منفرد تبدیل کرد. اما شیطان در حال فروپاشی است. اگر بایندر به طور یکنواخت جدا نشود، دچار ترک یا تاول می شوید. این یک چرخه حرارتی کند و ظریف است، نه یک عملیات brute-force.
این به شاخه دیگری متصل می شود: پرس ایزواستاتیک داغ (HIP). گاهی اوقات شما آن را به تنهایی با پودر در یک قوطی استفاده می کنید (HIPing کانتینری)، اما اغلب، این یک فرآیند ثانویه برای بستن تخلخل باقی مانده در یک قسمت متخلخل است. ما بدنه‌های مهم شیر را می‌گیریم که از طریق پرس و زینتر ساخته شده‌اند و آنها را در یک چرخه HIP قرار می‌دهیم - فشار آرگون بالا در دمای بالا. این منافذ داخلی را فشرده می کند و به طور چشمگیری انعطاف پذیری و یکپارچگی فشار را بهبود می بخشد. این هزینه را اضافه می کند، اما برای قطعات نفت و گاز، بلیتی برای صلاحیت است.
مسیر آهنگری: فورج پودر و طاقچه آن
سپس فورج پودر وجود دارد. شما یک پریفرم را از طریق پرس معمولی می‌سازید، سپس آن پیش‌فرم زینتر شده (یا گاهی اوقات پخته نشده) را می‌گیرید و آن را در قالب بسته فورج گرم می‌کنید. این به چگالی کامل و خواص مکانیکی عالی نزدیک به آهنگری های فرفورژه دست می یابد. بازده مواد فوق العاده است. برای قطعات خودروهای پراسترس مانند شاتون‌های اتصال، مورد استفاده قرار گرفته است.
اما هزینه های ابزار قابل توجه است و برای توجیه آن به حجم نیاز دارید. مدیریت حرارتی دشوار است - رساندن پریفرم به دمای مناسب به طور یکنواخت برای فورج بدون رسوب یا کربن زدایی. آزمایش‌هایی را دیده‌ام که در آن طراحی نادرست پیش‌فرم منجر به جعل چین‌ها شد، نقصی که در یک بخش دینامیک فاجعه‌بار است. این یک نوع قدرتمند از متالورژی پودر است، اما به اندازه علم پودر به هنر آهنگری احترام می گذارد.
تولید افزودنی: مرز جدید در خانواده
امروز نمی توانید بدون دست زدن به تولید افزودنی ها در مورد انواع صحبت کنید فیوژن بستر پودری. ذوب لیزری انتخابی (SLM)، ذوب پرتو الکترونی (EBM). این متالورژی پودر به معنای واقعی کلمه آن است: ساختن یک لایه لایه لایه با ذوب کامل پودر با منبع انرژی متمرکز. اگر پارامترها شماره گیری شوند، چگالی می تواند 99.9% + باشد.
آزادی انقلابی است، اما پرداخت سطحی و استرس درونی، معاوضه هستند. سطح چاپ شده دارای یک زبری مشخصه از ذرات پودر نیمه ذوب شده است که در صورت درمان نشدن برای خستگی وحشتناک است. و تنش باقیمانده ناشی از گرمایش و سرمایش سریع نیاز به تنش زدایی یا چرخه فشار ایزواستاتیک داغ دارد. ما آن را برای طراحی پروانه سفارشی و کم حجم در Qingdao Qiangsenyuan ارزیابی کردیم. هندسه برای آن عالی بود، اما برای یکپارچگی سطح مورد نیاز و هزینه هر قطعه در حجم ما، در نهایت به ریخته‌گری سرمایه‌گذاری برای اجرای نمونه اولیه پرداختیم. AM ابزار عالی بود، اما برای آن کار خاص، ابزار مناسبی نبود. این یک تمایز کلیدی است.
جایی که جاده های ریخته گری و متالورژی پودر از هم عبور می کنند
این مرا به یک مماس مرتبط می رساند. در Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY)با دهه‌ها در ریخته‌گری پوسته و سرمایه‌گذاری، گفتگو اغلب به عملکرد مواد تبدیل می‌شود. هنگامی که مشتری به بخشی از یک سوپر آلیاژ مبتنی بر نیکل برای خدمات در دمای بالا نیاز دارد، انتخاب بین ریخته‌گری سرمایه‌گذاری و مسیر متالورژی پودر مانند HIP اهمیت زیادی پیدا می‌کند. ریخته گری می تواند اشکال بزرگ و پیچیده را به زیبایی مدیریت کند، اما ساختار دانه و پتانسیل برای ریز تخلخل محدودیت ها هستند. پودر HIPing به شما یک ریزساختار خوب و یکنواخت و اساساً خواص همسانگرد می دهد. این تصمیم به اندازه، پیچیدگی، الزامات دارایی و اندازه قطعه بستگی دارد. گاهی اوقات، بهترین راه حل ترکیبی است: استفاده از یک پریفرم ریخته گری و سپس اعمال یک پوشش حاصل از پودر از طریق اسپری حرارتی برای مقاومت در برابر سایش. این در مورد بهتر بودن یک نفر نیست. این در مورد ترکیب صحیح فرآیندها است.
عامل نادیده گرفته شده: خود پودر
همه این انواع به ماده اولیه بستگی دارد: پودر. اتمیزه شده با گاز، اتمیزه آب، فرآیند الکترود چرخاننده پلاسما (PREP) - روش تولید شکل ذرات، توزیع اندازه و ریزساختار داخلی را مشخص می کند. برای MIM، به آن ذرات ریز و کروی برای جریان و بسته بندی خوب نیاز دارید. برای پرس معمولی، ذرات نامنظم و اتمیزه شده با آب برای استحکام سبز بهتر به هم متصل می شوند. اگر با آلیاژهای واکنشی مانند تیتانیوم یا آلیاژهای ویژه لیست QSY (بر پایه کبالت، بر پایه نیکل) کار می کنید، جابجایی پودر در فضای بی اثر غیرقابل مذاکره است. پیکاپ اکسیژن قاتل بی صدا شکل پذیری است.
من این را خیلی زود یاد گرفتم. دسته ای از پودر ضد زنگ 316L برای MIM دارای رطوبت کمی بالاتر از مشخصات بود. این باعث جدا شدن بایندر از پودر در طول قالب‌گیری می‌شود، که منجر به ایجاد حفره‌هایی می‌شود که فقط پس از پخت ظاهر می‌شوند. کل دسته قراضه بود. پودر پایه است. نقصی که وجود دارد را نمی توان در پایین دست برطرف کرد.
بنابراین، وقتی به «انواع متالورژی پودر» فکر می کنم، واقعاً به درخت تصمیم فکر می کنم. با عملکرد قطعه، الزامات دارایی آن، هندسه و هزینه قابل قبول شروع کنید. آن مسیر شما را به پودر مناسب و روش تثبیت درست هدایت می کند. هرگز فقط فهرستی از گزینه ها نیست. این مجموعه ای از مبادلات فنی و اقتصادی است که شبح تخلخل در پشت هر انتخابی نهفته است. هدف این است که فرآیندی را انتخاب کنید که باعث ناپدید شدن آن روح شود، یا حداقل آن را برای زندگی مورد نظر قطعه بی ضرر کند.
