'분말 야금 강철'이라는 말을 들으면 즉시 실험실 데이터 시트에서 바로 튀어나온 완벽한 고성능 구성 요소의 이미지가 떠오를 것입니다. 작업 현장의 현실은 이상적인 미세 구조와 잔혹한 생산 경제성 사이의 상충 관계로 인해 종종 더 지저분해집니다. 이는 단지 압착과 소결에 관한 것이 아닙니다. 이는 재료와 고객 모두의 기대치를 관리하는 것입니다.
사양서와 작업 현장 사이의 격차
우리는 종종 다음과 같은 파트너를 통해 문의를 받습니다. 칭다오창센위안과기유한회사(QSY)주조 및 기계가공 분야에 깊은 경험이 있는 , 현재 매몰주조로 제작된 부품을 인베스트먼트 주조로 전환할 수 있는지 문의하셨습니다. 분말 야금 비용이나 성능을 위해. 첫 번째 질문은 '우리는 절대 할 수 없나요?'입니다. 하지만 우리는 그래야 할까? 높은 피로 강도가 요구되는 복잡한 기어의 경우 PM이 승리할 수 있습니다. 그러나 단순하고 벽이 두꺼운 하우징의 경우 전통적인 주조 또는 스톡 바를 이용한 기계 가공이 특히 적은 양에서 더 저렴하게 유지되는 경우가 많습니다. 거의 그물 모양에 가까운 매력은 강력하지만 복잡한 기어 다이에 대한 툴링 비용이 프로젝트 킬러가 될 수 있습니다.
유압 밸브 부품에 대한 프로젝트가 생각납니다. 도면에는 7.4g/cm3의 밀도가 지정되어 있습니다. 분말 야금 강철 누출 방지를 보장합니다. 이중압착과 소결을 통해 이를 달성했지만 소결 후 치수 변형은 악몽이었습니다. 부품은 용광로에서 나오는 것이 완벽해 보였지만 CMM 측정 결과는 달랐습니다. 우리는 프리폼 디자인을 조정하는 데 몇 주를 보냈습니다. 기본적으로 반대 방향으로 왜곡을 구축했는데, 이는 완전히 반직관적으로 느껴졌습니다. 효과가 있었지만 개발 시간이 15% 더 늘어났습니다. 이것이 숨겨진 비용, 즉 반복입니다.
가공 파트너를 갖는 것은 협상할 수 없는 부분입니다. 최고의 PM 공정을 사용하더라도 중요한 공차 또는 표면 마감을 위해 최종 가공 패스가 필요한 경우가 많습니다. QSY와 같은 회사는 CNC 가공 전문성이 중요해집니다. 그들에게 소결 부품을 건네주고 기적을 기대할 수는 없습니다. 재료는 연강과 다르게 작동합니다. 연마성이 더 강하고 다공성이 있을 수 있습니다. 우리는 합금 등급뿐만 아니라 기계 기술자에게 보내는 도면에 소결 밀도와 경도를 지정하는 방법을 배웠습니다. 잔여 다공성이 포함된 메모에는 날카로운 도구를 사용하면 모든 사람이 두통을 덜 수 있습니다.
철과 탄소를 넘어서는 재료의 뉘앙스
기본 철가루는 바로 캔버스입니다. 기술은 사전 합금된 분말과 윤활제와 같은 첨가제에 있습니다. 니켈과 구리가 철 입자에 사전 합금된 Distaloy와 같은 확산 결합 분말을 사용하면 원소 분말을 혼합하는 것보다 소결 후 훨씬 더 균일한 특성을 얻을 수 있습니다. 하지만 더 비쌉니다. 마모가 심한 응용 분야의 경우 몰리브덴이 포함된 사전 합금 강철 분말을 사용한 다음 강도를 위해 구리와 흑연을 추가할 수 있습니다. 소결 분위기는 탈탄을 방지하기 위해 부분적인 진공 또는 균열된 암모니아와 같이 매우 중요합니다. 잘못하면 경화 가능한 강철이 경화되지 않습니다.
PM 부품이 본질적으로 약하다는 일반적인 오해가 있습니다. 올바르게 수행되면 사실이 아닙니다. 침탄질화와 같은 케이스 경화 공정을 통해 표면 경도 60HRC를 달성했습니다. 분말 야금 강철 자동차 변속기용 부품. 핵심은 먼저 충분한 밀도를 달성하는 것입니다. 6.8g/cm3의 부품은 침탄 가스를 흡수하여 케이스 깊이가 일정하지 않게 되는 상호 연결된 다공성을 갖게 됩니다. 7.2 이상으로 올리면 열처리 시 좀 더 견고한 재질처럼 거동합니다.
실패 사례: 우리는 언더컷이 있는 작고 고강도의 레버를 만들려고 시도한 적이 있습니다. 2차 가공을 피하기 위해 프레싱 중에 언더컷이 형성되도록 설계되었습니다. 영리해 보였어요. 그러나 다이에서 꺼내는 동안 압축되었지만 아직 소결되지 않은 섬세한 부분(우리가 녹색 부분이라고 부르는 부분)이 거의 매번 깨졌습니다. 흐름을 개선하고 마찰을 줄이기 위해 분말 혼합물에 다양한 윤활제 혼합물을 시도했지만 기계적 응력이 너무 높았습니다. 우리는 부품을 재설계하여 모양을 단순화하고 나중에 CNC 작업을 통해 언더컷을 생성해야 했습니다. 그린 강도가 감당할 수 있는 수준을 과대평가한 전형적인 사례였습니다. 교훈은 프로세스를 디자인에 맞추도록 강요하는 것이 아니라 프로세스를 위해 디자인하는 것이었습니다.
PM이 다른 프로세스를 만났을 때
이것은 흥미로운 공간이다. 같은 회사 QSY 전문적으로 투자 주조 그리고 쉘 몰드 주조. 그렇다면 PM은 언제 경쟁하고, 언제 보완하는가? 일부 니켈 기반 초합금과 같이 기계 가공이 매우 어려운 합금의 경우 PM과 인베스트먼트 주조가 모두 경쟁자입니다. PM은 더 미세한 입자 구조를 제공할 수 있습니다. 그러나 매우 큰 부품(10kg 이상)의 경우 대규모 압착이 비실용적이며 주조가 여전히 지배적입니다. 우리는 복잡한 PM 프리폼을 소결한 다음 브레이징이나 용접을 통해 주조 또는 기계 가공 어셈블리에 결합하는 하이브리드 접근 방식을 보았습니다. 틈새 시장이지만 특정 문제를 해결합니다.
그들의 웹사이트에서는 tsingtaocnc.com, QSY에는 코발트 기반 및 니켈 기반 합금과 같은 재료가 나열되어 있습니다. 이는 특히 밸브 시트나 터빈 블레이드와 같이 고온 저항과 마모 특성이 필요한 부품의 경우 PM의 주요 후보입니다. 분말 경로는 이러한 값비싼 합금의 재료 낭비를 최소화할 수 있습니다. 문제는 오염물질을 유입시키지 않고 소결하는 것입니다. 종종 고진공로가 필요합니다. 해당 퍼니스 시간의 비용은 부품 가격에 반영됩니다. 따라서 의사 결정 매트릭스는 항상 볼륨, 복잡성 및 재료 비용으로 돌아갑니다.
나는 소결 후 작업이 매력적이라고 생각합니다. 소결부분이 완성되지 않았습니다. 크기 조정(다이의 최종 재압착), 표면 산화물 및 가벼운 밀봉을 위한 증기 처리, 다양한 도금 또는 코팅 공정이 필요할 수 있습니다. 한때 모든 기계적 테스트를 통과했지만 내식성에 대한 염수 분무 테스트에서는 실패한 부품 배치가 있었습니다. 서로 연결되어 있지 않더라도 다공성은 도금 용액을 가두어 나중에 새어 나와 기포를 일으켰습니다. 해결책은 도금 전 수지 함침 단계였습니다. 이는 항상 표준 사양 시트에는 없지만 특정 응용 분야에서는 절대적으로 중요한 간단하고 저렴한 공정입니다.
경제적 현실과 틈새 시장의 강점
하루가 끝날 무렵, 분말 야금 강철 마법의 총알이 아닙니다. 이는 매우 좋은 과정입니다. 높은 볼륨(툴링 분할 상환용), 중간에서 높은 복잡성(순 형태 이점 활용), PM 미세 구조의 이점을 활용하는 소재입니다. 자동차 엔진 스프로킷, 전동 공구 기어 또는 잠금 부품을 생각해 보십시오. 일회성 프로토타입이나 매우 적은 양의 프로토타입의 경우 낭비가 되더라도 솔리드에서 가공하는 것이 더 나은 경우가 많습니다. 손익분기점은 끊임없는 논쟁의 주제입니다.
그것이 진정으로 빛나는 곳은 다른 곳에서는 쉽게 얻을 수 없는 재료의 조합입니다. 기발한 다이 설계와 파우더 레이어링을 통해 단일 프레스-소결 사이클로 한 쪽 끝은 구리가 풍부해 열 전도성이 향상되고 다른 쪽 끝은 표준 강철로 구성된 구배 구조의 부품을 만드는 것이 가능합니다. 우리는 폴리머가 침투된 다공성 철 구조를 사용하여 이와 같은 자기 윤활 베어링을 실험했습니다. 효과가 있었지만 침투 깊이를 일관되게 제어하는 것은 대량 생산을 위해 완전히 해결하지 못한 과제였습니다.
더 넓은 관점에서 보면 PM 생산자와 정밀 기계 기술자 간의 협력이 기능적 구성 요소를 제공하는 것입니다. 같은 회사 청도강선원과학기술유한회사 정밀 응용 분야에서 PM을 실행 가능하게 만드는 다운스트림 기능을 나타냅니다. 우리는 제어된 재료 특성을 사용하여 거의 그물 모양의 블랭크를 만듭니다. 그들은 그것을 최종 차원과 표면 마감 운명으로 가져옵니다. 이는 소결된 표면이 다르다는 것을 알고, 다공성이 있을 가능성이 있는 위치를 알고, 이에 따라 피드, 속도 및 도구 경로를 조정하는 공유된 이해가 필요한 핸드오프입니다. 단일 장비보다 이러한 대화가 금속 분말을 신뢰할 수 있는 기계 부품으로 바꾸는 것입니다.
