पाउडर धातु विज्ञान के प्रकार

जब कोई कहता है 'पाउडर धातुकर्म के प्रकार,' तो ज्यादातर लोगों का दिमाग सीधे क्लासिक प्रेस-एंड-सिन्टर पर आ जाता है। निश्चित रूप से यह काम का घोड़ा है, लेकिन यह सिर्फ शुरुआती द्वार है। वास्तविक बातचीत तब शुरू होती है जब आप पूछते हैं: भाग का अंतिम कार्य क्या है? क्या यह एक साधारण, कम तनाव वाली बुशिंग है, या यह उच्च ताप और घूर्णी बलों को देखने वाला एक टरबाइन घटक है? यह अंतर आपको इस तकनीक की एक शाखा से पूरी तरह दूसरी शाखा में ले जाता है। मैंने ऐसे बहुत से डिज़ाइन देखे हैं जिनमें इंजीनियर ने एक सामग्री ग्रेड निर्दिष्ट किया था, लेकिन थकान भरे जीवन या आयामी स्थिरता पर विनिर्माण मार्ग के निहितार्थ के साथ पूरी तरह से संघर्ष नहीं किया था। सीएडी मॉडल और सिंटेड वास्तविकता के बीच वह अंतर है जहां पाउडर धातु विज्ञान के वास्तविक प्रकार रहते हैं।

प्रेस और सिंटर: बेसलाइन और इसकी अदृश्य सीमाएँ

आइए सर्वव्यापी से शुरू करें। आप धातु पाउडर लें, आमतौर पर कुछ तांबे, निकल और ग्रेफाइट के साथ लौह-आधारित मिश्रण जो पहले से मिश्रित या मिश्रित होता है, इसे कमरे के तापमान पर एक कठोर डाई में संपीड़ित करें, फिर इसे नियंत्रित वातावरण भट्टी में गर्म करें। बंधन ठोस-अवस्था प्रसार के माध्यम से बनते हैं। यह उच्च-मात्रा, आकार-निर्माण के लिए आश्चर्यजनक रूप से कुशल है। उपकरणों में गियर, स्प्रोकेट, संरचनात्मक हिस्से-अनगिनत उदाहरण।

लेकिन यहाँ एक ऐसी समस्या है जिस पर हर कोई गौर करता है: घनत्व। पारंपरिक प्रेस-एंड-सिंटर आमतौर पर सैद्धांतिक घनत्व का लगभग 92-95% शीर्ष पर होता है। वह बची हुई सरंध्रता कई अनुप्रयोगों के लिए ठीक है, लेकिन यह गतिशील गुणों को नष्ट कर देती है। थकान शक्ति वक्र निराशाजनक रूप से जल्दी ही समतल हो जाता है। मुझे हाइड्रोलिक पंप गियर के लिए एक परियोजना याद आती है जहां एक मानक पी/एम दुकान से प्रारंभिक प्रोटोटाइप सहनशक्ति परीक्षण में गढ़ा स्टील समकक्ष की तुलना में बहुत जल्दी विफल हो गए। मूल कारण भौतिक रसायन नहीं था; यह वे सूक्ष्म छिद्र थे जो तनाव सांद्रक के रूप में कार्य करते थे। हमें अपनी सोच बदलनी होगी.

यह वह जगह है जहां मिश्र धातु प्रणाली और स्नेहक अत्यधिक मायने रखते हैं। एक FN-0205 (2% निकल और 0.5% ग्रेफाइट वाला लोहा) सिंटरिंग के दौरान FC-0208 (2% तांबे के साथ) से बहुत अलग व्यवहार करेगा, जो आयामी परिवर्तन और अंतिम ताकत को प्रभावित करेगा। और आपके भट्ठी के वातावरण का ओस बिंदु? ऑक्साइड में कमी के लिए महत्वपूर्ण, विशेष रूप से क्रोमियम या मैंगनीज जैसे तत्वों के साथ। इसे गलत समझें, और आपके पास एक भंगुर हिस्सा होगा। यह सिर्फ एक प्रक्रिया नहीं है; यह गर्मी के तहत एक रसायन शास्त्र प्रयोग है।

जब घनत्व गैर-परक्राम्य है: धातु इंजेक्शन मोल्डिंग और उससे आगे

तो, क्या होगा यदि आपको लगभग पूर्ण घनत्व और एक जटिल आकार की आवश्यकता है कि बार स्टॉक से मशीनिंग करने पर 80% सामग्री बर्बाद हो जाएगी? का दायरा यही है मेटल इंजेक्शन मोल्डिंग (एमआईएम). आप एक पॉलिमर बाइंडर के साथ बहुत महीन, गोलाकार पाउडर मिलाते हैं, इंजेक्शन से इसे प्लास्टिक की तरह ढालते हैं, फिर सिंटरिंग से पहले बाइंडर (डिबाइंडिंग) को सावधानीपूर्वक हटा दें। भाग बहुत सिकुड़ जाता है—लगभग 15-20%—लेकिन समान रूप से यदि आपका फीडस्टॉक सजातीय है। आप 98% से अधिक घनत्व प्राप्त करते हैं, अक्सर 99% के करीब।

एमआईएम की सुंदरता आंतरिक धागे, अंडरकट्स और पतली दीवारों जैसे विवरणों में है। हमने इसे एक सर्जिकल उपकरण घटक, एक जटिल कुंडी तंत्र के साथ एक स्टेनलेस स्टील 17-4 पीएच भाग के लिए उपयोग किया। इसकी मशीनिंग फिक्स्चर और उपकरण टूटने के कारण एक दुःस्वप्न थी। एमआईएम ने इसे एक एकल, पापयुक्त टुकड़ा बना दिया। लेकिन बंधन में शैतान है। यदि बाइंडर को समान रूप से नहीं हटाया जाता है, तो आपको दरारें या छाले पड़ जाते हैं। यह एक धीमा, नाजुक तापीय चक्र है, कोई क्रूर-बल वाला ऑपरेशन नहीं।

यह दूसरी शाखा से जुड़ता है: हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (HIP). कभी-कभी आप इसे कैन (कंटेनर हिपिंग) में पाउडर के साथ अकेले ही उपयोग करते हैं, लेकिन अधिक बार, यह पापयुक्त हिस्से में अवशिष्ट सरंध्रता को बंद करने की एक माध्यमिक प्रक्रिया है। हम प्रेस-एंड-सिंटर के माध्यम से बनाए गए महत्वपूर्ण वाल्व निकायों को लेंगे और उन्हें उच्च तापमान पर उच्च आर्गन दबाव - एचआईपी चक्र के माध्यम से डालेंगे। यह उन आंतरिक छिद्रों को बंद कर देता है, जिससे नाटकीय रूप से लचीलापन और दबाव अखंडता में सुधार होता है। इससे लागत बढ़ती है, लेकिन तेल और गैस घटकों के लिए, यह योग्यता का टिकट है।

फोर्जिंग मार्ग: पाउडर फोर्जिंग और उसका स्थान

फिर पाउडर फोर्जिंग है. आप पारंपरिक दबाव के माध्यम से एक प्रीफॉर्म बनाते हैं, फिर उस सिंटेड (या कभी-कभी बिना सिंटेड) प्रीफॉर्म को लेते हैं और इसे एक बंद डाई में गर्म करके बनाते हैं। यह पूर्ण घनत्व और उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों को प्राप्त करता है, जो गढ़ा फोर्जिंग के करीब है। सामग्री की उपज शानदार है. यह कनेक्टिंग रॉड्स जैसे उच्च-तनाव वाले ऑटोमोटिव घटकों के लिए जाना जाता है।

लेकिन टूलींग की लागत महत्वपूर्ण है, और आपको इसे उचित ठहराने के लिए मात्रा की आवश्यकता है। थर्मल प्रबंधन मुश्किल है - स्केल या डीकार्बराइजेशन के बिना फोर्जिंग के लिए समान रूप से सही तापमान पर प्रीफॉर्म प्राप्त करना। मैंने ऐसे परीक्षण देखे हैं जहां अनुचित प्रीफ़ॉर्म डिज़ाइन के कारण फोर्जिंग फोल्ड (लैप्स) हो गए, एक दोष जो गतिशील भाग में विनाशकारी है। यह पाउडर धातु विज्ञान का एक शक्तिशाली प्रकार है, लेकिन यह पाउडर विज्ञान के समान ही फोर्जिंग शिल्प के लिए सम्मान की मांग करता है।

एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग: परिवार में नई सीमा

आज आप योगात्मक विनिर्माण, या को छुए बिना प्रकारों के बारे में बात नहीं कर सकते पाउडर बिस्तर संलयन. सेलेक्टिव लेजर मेल्टिंग (एसएलएम), इलेक्ट्रॉन बीम मेल्टिंग (ईबीएम)। यह अपने सबसे शाब्दिक अर्थ में पाउडर धातु विज्ञान है: एक केंद्रित ऊर्जा स्रोत के साथ पाउडर को पूरी तरह से पिघलाकर परत दर परत एक भाग का निर्माण करना। यदि पैरामीटर डायल किए जाएं तो घनत्व 99.9%+ हो सकता है।

स्वतंत्रता क्रांतिकारी है, लेकिन सतही ख़ात्मा और आंतरिक तनाव आपस में मेल खाते हैं। मुद्रित सतह में आंशिक रूप से पिघले हुए पाउडर कणों से एक विशिष्ट खुरदरापन होता है, जिसका इलाज न किए जाने पर थकान हो सकती है। और तेजी से गर्म करने और ठंडा करने से बचे हुए तनाव के लिए तनाव से राहत या गर्म आइसोस्टैटिक दबाव चक्र की आवश्यकता होती है। हमने क़िंगदाओ क़ियांगसेनयुआन में एक कस्टम, कम-वॉल्यूम प्ररित करनेवाला डिज़ाइन के लिए इसका मूल्यांकन किया। ज्यामिति इसके लिए एकदम सही थी, लेकिन आवश्यक सतह अखंडता और हमारे वॉल्यूम पर प्रति भाग लागत के लिए, हम अंततः प्रोटोटाइप रन के लिए निवेश कास्टिंग के साथ गए। एएम एक आदर्श उपकरण था, लेकिन उस विशिष्ट कार्य के लिए, यह सही उपकरण नहीं था। यह एक प्रमुख अंतर है।

जहां कास्टिंग और पाउडर धातुकर्म सड़कें गुजरती हैं

यह मुझे एक प्रासंगिक स्पर्शरेखा पर लाता है। पर क़िंगदाओ Qiangsenyuan प्रौद्योगिकी कं, लिमिटेड (QSY)शेल और निवेश कास्टिंग में उनके दशकों के साथ, बातचीत अक्सर भौतिक प्रदर्शन की ओर मुड़ जाती है। जब किसी ग्राहक को उच्च तापमान सेवा के लिए निकल-आधारित सुपरअलॉय में एक हिस्से की आवश्यकता होती है, तो निवेश कास्टिंग और एचआईपी जैसे पाउडर धातु विज्ञान मार्ग के बीच विकल्प केंद्रीय हो जाता है। कास्टिंग बड़ी, जटिल आकृतियों को खूबसूरती से संभाल सकती है, लेकिन अनाज की संरचना और सूक्ष्म छिद्र की क्षमता सीमाएं हैं। पाउडर हिपिंग आपको एक बढ़िया, समान माइक्रोस्ट्रक्चर, अनिवार्य रूप से आइसोट्रोपिक गुण देता है। निर्णय आकार, जटिलता, संपत्ति की आवश्यकताओं और लॉट आकार पर निर्भर करता है। कभी-कभी, सबसे अच्छा समाधान हाइब्रिड होता है: कास्ट प्रीफॉर्म का उपयोग करना और फिर पहनने के प्रतिरोध के लिए थर्मल स्प्रे के माध्यम से पाउडर-व्युत्पन्न कोटिंग लागू करना। यह किसी के बेहतर होने के बारे में नहीं है; यह प्रक्रियाओं के सही संयोजन के बारे में है।

अनदेखा किया गया कारक: पाउडर ही

ये सभी प्रकार प्रारंभिक सामग्री पर निर्भर करते हैं: पाउडर। गैस परमाणुकृत, जल परमाणुकृत, प्लाज्मा घुमाया हुआ इलेक्ट्रोड प्रक्रिया (पीआरईपी) - उत्पादन विधि कण आकार, आकार वितरण और आंतरिक सूक्ष्म संरचना को परिभाषित करती है। एमआईएम के लिए, आपको अच्छे प्रवाह और पैकिंग के लिए उन महीन, गोलाकार कणों की आवश्यकता होती है। पारंपरिक दबाव के लिए, अनियमित, जल-परमाणु कण हरित मजबूती के लिए बेहतर ढंग से जुड़ते हैं। यदि आप टाइटेनियम जैसे प्रतिक्रियाशील मिश्र धातुओं या विशेष मिश्र धातुओं क्यूएसवाई सूचियों (कोबाल्ट-आधारित, निकल-आधारित) के साथ काम कर रहे हैं, तो निष्क्रिय वातावरण के तहत पाउडर हैंडलिंग गैर-परक्राम्य है। ऑक्सीजन पिकअप लचीलेपन का एक मूक हत्यारा है।

मैंने इसे शुरुआत में ही कठिन तरीके से सीखा। एमआईएम के लिए 316एल स्टेनलेस पाउडर के एक बैच में नमी की मात्रा विशिष्ट से थोड़ी अधिक थी। इसने मोल्डिंग के दौरान बाइंडर-पाउडर को अलग कर दिया, जिससे रिक्त स्थान बन गए जो केवल सिंटरिंग के बाद दिखाई दिए। पूरा बैच स्क्रैप था। पाउडर ही नींव है. वहां की खामी को डाउनस्ट्रीम में ठीक नहीं किया जा सकता।

इसलिए, जब मैं 'पाउडर धातुकर्म के प्रकार' के बारे में सोचता हूं, तो मैं वास्तव में एक निर्णय वृक्ष के बारे में सोच रहा होता हूं। भाग के कार्य, उसकी संपत्ति आवश्यकताओं, उसकी ज्यामिति और स्वीकार्य लागत से प्रारंभ करें। वह रास्ता आपको सही पाउडर और सही समेकन विधि की ओर ले जाता है। यह कभी भी केवल विकल्पों की सूची नहीं है; यह तकनीकी और आर्थिक लेन-देन की एक श्रृंखला है, जिसमें हर विकल्प के पीछे सरंध्रता का भूत छिपा होता है। लक्ष्य उस प्रक्रिया को चुनना है जो उस भूत को गायब कर देती है, या कम से कम उसे उस हिस्से के इच्छित जीवन के लिए हानिरहित बना देती है।