대부분의 사람들은 '분말야금 기술'이라는 말을 들으면 즉시 단순한 압착소결 기어나 부싱을 떠올린다. 그것은 보급형 제품이고 상품 끝입니다. 좌절감과 매력이 시작되는 실제 깊이는 합금 설계, 후처리, 완벽한 실험실 샘플과 특정 밀도 및 인장 강도를 달성하는 데 필요한 10,000개 부품 생산 간의 격차 관리에 있습니다. 단지 모양을 만드는 것이 아닙니다. 그것은 처음부터 미세구조를 엔지니어링하는 것입니다.
합금은 단순한 공식이 아닙니다
표준 철-구리-탄소 혼합물은 기성품으로 구입할 수 있으며 일반 용도의 80%에 사용할 수 있습니다. 하지만 클라이언트가 좋아할 때 칭다오창센위안과기유한회사(QSY) 화학 펌프의 고온 부식을 견뎌야 하는 부품이 필요하다는 요청이 들어오자 상황이 달라졌습니다. 특수 합금 매몰 주조에 대한 배경 지식은 재료 특성을 깊은 수준에서 이해하고 있음을 의미합니다. 대화는 가장 저렴한 분말이 무엇인지에서 어떻게 단조 니켈 기반 합금의 성능을 복제하면서 PM의 순형 이점을 활용할 수 있는가로 옮겨갑니다.
이는 사전 합금된 분말과 원소 혼합물이 중요한 선택이 되는 곳입니다. 니켈 기반 시스템의 경우 사전 합금 경로를 사용하면 균질성을 얻을 수 있지만 분말이 더 단단하고 압축성이 떨어집니다. 잠재적으로 보다 일관된 소결 결과를 얻으려면 보다 쉬운 프레싱을 선택하십시오. 우리는 어려운 사전 합금 인코넬 유사체의 압분 밀도를 0.1g/cm3 더 얻기 위해 윤활유 비율과 압축 압력을 조정하는 데 몇 주를 보냈습니다. 때로는 해결책이 언론에 나오지 않고 맞춤형 바인더 시스템을 갖춘 사전 합금 분말의 핵심인 하이브리드 접근 방식을 선택하는 경우도 있습니다. 이는 탈지 중에 자체적인 문제를 야기합니다.
소결 분위기가 가장 중요해집니다. 단순한 흡열 가스로는 이러한 합금에 적합하지 않습니다. 우리는 탄화물 침전을 제어하기 위한 정밀한 온도 변화를 갖춘 고진공 또는 초고순도 수소 용광로에 대해 이야기하고 있습니다. 냉각 속도를 잘못 설정하면 QSY와 같은 회사가 일반적으로 처리하는 소결 후 가공 단계에서 유리처럼 부서지기 쉽고, 입자가 찢어지고, 값비싼 CNC 툴링을 망치는 부품이 됩니다. PM 프로세스 결함이 다른 사람의 가공 골칫거리가 되는 전환 지점입니다.
밀도: 영원한 추격
성배는 밀도가 완전하거나 상업적으로 얻을 수 있는 밀도에 가깝습니다. 구조 부품, 특히 단조품을 대체하는 부품의 경우 다공성은 동적 피로 강도의 적입니다. DPDS(Double Pressing and Double Sintering)는 교과서적인 답변이지만 비용과 사이클 시간이 추가됩니다. 어떤 경우에는 폴리머 코팅 분말을 사용한 따뜻한 압축으로 더 많은 성공을 거두었습니다. 분말은 더 잘 흐르고 복잡한 다이에 더 균일하게 포장됩니다. QSY가 수행하는 매몰 주조에서 가능한 복잡한 모양을 생각해 보십시오. 그러나 금속 분말을 사용합니다. 실온에서 130°C 압축까지의 밀도 점프는 상당할 수 있으며 때로는 0.2-0.3g/cm3으로 이는 더 나은 특성으로 직접적으로 해석됩니다.
그 다음에는 실제로 금속 사출 성형(MIM)이 있는데, 이는 실제로 금속 사출 성형의 한 분야입니다. 분말 야금 기술. 매몰 주조에 필적하는 거의 완전한 밀도와 놀라운 형태의 복잡성을 제공합니다. 그러나 디바인딩 사이클은 완벽하게 제어되지 않으면 악몽입니다. 나는 용제가 너무 공격적이어서 소결 중에 팽창한 가스를 가둬두기 때문에 스테인리스강 MIM 부품 블리스터 전체를 본 적이 있습니다. 그 실패의 대가는 단지 가루만이 아니었습니다. 그것은 20시간 이상 실행되는 용광로 사이클에서 잃어버린 시간이었습니다.
열간 등압 성형(HIP)과 같은 소결 후 작업은 내부 다공성을 치료할 수 있지만 이는 프리미엄 공정입니다. 당신은 2달러짜리 부품을 HIP하지 않습니다. 항공우주 또는 의료용 임플란트용으로 예약되어 있습니다. 의사 결정 트리는 항상 성능 요구 사항과 비용 한도에 따라 결정됩니다. 내 직업의 대부분은 클라이언트와 함께 해당 트리를 탐색하는 것입니다.
PM이 가공을 만났을 때: 인터페이스
이것은 종종 간과되는 중요한 교차점입니다. PM 부품 중 실제로 그물 형태인 부품은 거의 없습니다. 거의 항상 크기 조정, 압인 또는 기계 가공과 같은 보조 작업이 필요합니다. 다공성은 재료 절단 방식을 변경합니다. 연마적입니다. 견고한 금속처럼 절삭날에서 열을 전도하지 않습니다. 우리는 가공 파트너와 긴밀하게 협력하며 QSY의 30년 간의 CNC 가공 전문 지식을 갖춘 회사는 매개변수를 개발하는 데 있어 귀중한 공명판입니다.
예를 들어 소결강 플랜지를 가공하는 경우입니다. 밀도가 고르지 않으면 공구에 다양한 저항이 발생하여 떨림이 발생하고 표면 마감이 불량해집니다. CNC 기계 기술자가 빠른 공구 마모에 대해 불평하는 경우가 있었습니다. 문제는 공구 등급이 아니었습니다. 이는 프레스된 부분의 위에서 아래로 약간의 밀도 구배였습니다. 이는 다이에 고르지 않은 분말 충진으로 인해 발생했습니다. 수정 사항은 피드 슈 동작을 재설계하고 분말 덩어리를 분해하기 위한 사전 혼합 단계를 추가하는 것이었습니다. 사용 가능한 부품과 신뢰할 수 있는 부품을 구분하는 것은 이러한 작은 프로세스 세부 사항입니다.
때로는 가장 좋은 해결책은 가공을 최소화하도록 부품을 설계하는 것입니다. 가능한 한 소결된 표면을 남겨두고 소결 수축 변동성을 설명하는 가공 여유를 지정하십시오. 이는 순차적인 핸드오프가 아닌 PM 엔지니어와 기계 기술자 간의 공동 설계 작업입니다.
특수 합금 틈새시장과 현실 세계의 타협
QSY의 코발트 및 니켈 기반 합금 주조 작업은 직접적인 관련이 있습니다. 이러한 재료는 마모 및 고온 응용 분야의 PM에 자주 사용됩니다. 그러나 이를 위한 분말은 가격이 비싸고 소결창이 좁습니다. 너무 뜨거우면 과도한 입자 성장과 부품을 약화시키는 공융 단계가 발생합니다. 너무 차갑고 완전히 소결되지 않았습니다.
우리는 밸브 시트에 코발트-크롬 합금을 시도했습니다. 실험실 시험은 유망했습니다. 그러나 생산 과정에서 큰 용광로 부하에 걸쳐 소결 분위기에서 정확한 탄소 포텐셜을 유지하는 것은 불가능했습니다. 보트 가장자리 부분은 중앙 부분과 다르게 소결되었습니다. 결과는? 일관성이 없는 경도. 일부 좌석은 몇 달 만에 닳기도 하고, 다른 좌석은 몇 년 만에 닳기도 했습니다. 당연히 고객은 가공되고 가공된 솔루션으로 돌아갔습니다. 그 실패를 통해 저는 일부 고성능 합금의 경우 공장 현장에서 실험실 수준의 제어가 이루어지지 않는 한 PM의 공정 민감도가 경제적 이점보다 더 클 수 있다는 사실을 깨달았습니다. 이는 거의 경제적이지 않습니다.
물론 성공 사례도 존재합니다. CPM 등급과 마찬가지로 PM을 통해 제작된 공구강은 미세하고 균일한 탄화물 분포로 인해 기존 주조 소재보다 우수합니다. 그것은 기술의 승리입니다. 하지만 일반 언론이 아닌 특정 장비와 노하우를 바탕으로 한 승리다.
미래 전망: 단순한 형성이 아닌 통합에 관한 것입니다.
미래의 분말 야금 기술내 생각에는 장비를 만드는 것보다는 독특한 물질적 상태를 만드는 것이 더 중요하다고 생각합니다. 적층 제조를 생각해 보세요. 본질적으로 레이어별 PM입니다. 또는 비정질 금속 분말을 벌크 구성 요소로 통합합니다. 원리는 동일합니다. 개별 입자를 가져와 응집성 고체로 융합시키는 것입니다.
분말 처리, 대기 제어, 수축 관리 등 기존 PM의 교훈은 모두 이러한 새로운 분야에 직접 적용할 수 있습니다. 성공할 회사는 단순히 기계적인 기술이 아니라 재료 과학을 이해하는 회사입니다. QSY와 같이 주조 및 기계 가공 전통을 보유한 기업은 원자재부터 완성된 기능성 부품까지 전체 라이프사이클을 볼 수 있기 때문에 유리합니다. 그들은 소결 곡선이 가공 이송 속도만큼 중요하다는 것을 이해하고 있습니다.
이 문제에 관심이 있는 사람이라면 누구나 파우더를 직접 사용해 보는 것이 좋습니다. 그 흐름을 느껴보세요. 기계적 테스트 데이터와 함께 현미경으로 소결된 미세구조를 살펴보세요. 눈에 보이는 작은 기공을 피로 파괴 표면과 연관시키세요. 프로세스 매개변수의 1% 변화가 성능의 10% 변화로 이어질 수 있는 세부 기술입니다. 그것이 바로 끊임없는 도전이자 진정한 관심입니다.
