Išgirdę „metalo liejimo medžiagas“, dauguma žmonių kreipiasi tiesiai į metalo miltelius. Tai, žinoma, antraštės veiksmas. Bet jei kurį laiką praleidote parduotuvės aukšte, žinote, kad tikroji istorija prasideda nuo segtuvų sistemos ir baigiasi krosnies atmosfera. Svarbus visas kokteilis, o ne tik dvasia. Mačiau, kad per daug projektų stringa, nes kažkas įsigijo gražių, sferinių 17-4PH miltelių, bet suporavo juos su bendru vaško-polimero rišikliu, kuris neatlaikė detalės geometrijos, o tai lėmė katastrofiškus iškraipymus atrišimo metu. Medžiaga yra ne tik metalas; tai žaliava. Tai pirmoji ir dažnai pati brangiausia pamoka.
Žaliavos lygtis: daugiau meno nei mokslo
Tinkamai paruošti žaliavas kartais atrodo kaip alchemija. Idealus miltelių įkrovimo santykis – metalo miltelių tūrio procentas rišiklyje – yra ėjimas įtemptu lynu. Pastumkite jį per aukštai sudėtingai daliai ir prarasite patį takumą, už kurį vertinamas MIM. Injekcinio liejimo mašina sunkiai, atsiranda suvirinimo linijų, tuštumų. Per žema, o dalis sukepinimo metu neprognozuojamai susitraukia, baigiasi ne spec. Dėl labai susidėvėjusio komponento, kurį kažkada paleidome, naudodami smulkius, dujomis purškiamus 316 l miltelius, turėjome šiek tiek sumažinti įkrovą nuo vadovėlio rekomendacijos. Kodėl? Dalis turėjo juokingai ploną skerspjūvį, esantį šalia storos stebulės. Standartinis pakrovimas sukėlė kriauklės žymes. Mes padarėme kompromisą dėl šiek tiek mažesnio tankio, kad būtų užtikrintas užpildymas, tada pakoregavome sukepinimo profilį, kad kompensuotume. Veikė, bet jokiame vadove to nebuvo.
Čia rišėjo vaidmuo nusikalstamai neįvertinamas. Tai ne tik laikini klijai. Jo skilimo kinetika terminio arba tirpiklio pašalinimo metu turi būti puikiai sinchronizuojama su miltelių įpakavimu. Čia yra neatitikimas, ir jūs gaunate pilvo pūtimą, įtrūkimus arba „žaliosios dalies“ griūtį. Prisimenu partiją, kai rišiklio tiekėjas be įspėjimo pakeitė katalizatorių. Dalys atrodė tobulai išlipusios iš formos, tačiau išėmimo krosnyje jos susmuko kaip pavargusi tešla. Visiškas nuostolis. Milteliai buvo identiški, metalo specifikacija nepakito. Gedimas buvo „nedidelyje“ rišiklio sistemos komponente.
O pakalbėkime apie pudros savybes. Sferiškumas ir dalelių dydžio pasiskirstymas (PSD) yra viskas. Siauras PSD gali suteikti puikią pakavimo teoriją, tačiau gerai valdomas, šiek tiek platesnis pasiskirstymas dažnai veikia geriau ir sukepa patikimiau. Kobalto ir chromo medicininių implantų žaliavos atveju kovojome su poringumo problemomis, kol sumaišėme dvi skirtingas miltelių partijas, kad gautume tinkamą PSD kreivę. Kiekvienos partijos specifikacijų lapai buvo „priimtini“, tačiau magija buvo mišinyje. Jūs to neišmoksite iš duomenų lapo; jūs išmoksite tai iš išmestų partijų.
Sukepinimas: kur iš tikrųjų susidaro medžiaga
Tai yra taškas, iš kurio negrįžtama. Suformavote ir pašalinote trapią „rudą dalį“. Dabar sukepinimo krosnyje metalo dalelės susilieja ir išryškėja tikrosios medžiagos savybės. Čia jūsų pasirinkta pagrindinė medžiaga – nerūdijantis plienas, įrankių plienas, specialus lydinys – susiduria su ugnies išbandymu. Atmosferos valdymas yra karalius. Mažas deguonies nuotėkis vandenilio-azoto atmosferoje sukepinant chromo turintį plieną, pvz., 17-4PH, gali sumažinti paviršiaus anglies kiekį ir sugadinti atsparumą korozijai. Išmokome paleisti netikras dalis prieš kiekvieną kritinę partiją, kad „išbandytume“ krosnies atmosferą – pigus draudimo polisas.
Pats sukepinimo ciklas yra konkrečios medžiagos receptas. Rampos greitis, palaikymo temperatūra, aušinimo greitis – visa tai lemia galutinę mikrostruktūrą. Projektui, kuriam reikalingas minkštas magnetinis lydinys (pvz., Fe-50% Ni), aušinimo greitis nuo sukepinimo temperatūros buvo labai svarbus norint sukurti pageidaujamą magnetinį pralaidumą. Per greitai, ir mes praleidome nuosavybės langą. Norint pasiekti specifikaciją, prireikė trijų krosnies paleidimų su subtiliais aušinimo patobulinimais. Pirkimo užsakyme nurodyta „medžiaga“ buvo tik Fe-50Ni. Toje krosnyje buvo sukurta funkcinė medžiaga.
Susitraukimas yra kitas didelis kintamasis, tiesiogiai susietas su žaliava. Mes siekiame izotropinio susitraukimo, bet jis niekada nėra visiškai vienodas. Tiksliosios pavaros komponentui turėjome suprojektuoti pelėsių ertmę remdamiesi empiriniu susitraukimo koeficientu, kurį sukūrėme konkrečiai 4140 lydinio žaliavai, o ne pardavėjo bendru 15–18 % teiginiu. Mūsų faktorius kritinėje plokštumoje buvo 16,7% ±0,3%. Šis tikslumas atsirado išmatavus šimtus sukepintų dalių ir koreliuojant atgal. Tokios materialinės žinios lieka įmonės vidinėje knygelėje.
Kodėl lydiniai, tokie kaip kobaltas ir nikelis, keičia žaidimą
Perėjimas nuo įprasto nerūdijančio plieno į tokias sritis kaip lydiniai kobalto pagrindu arba nikelio pagrindu pagaminti lydiniai MIM yra sudėtingumo ir kainos pakeitimas. Tai ne tik „įmantresnis plienas“. Jų sukepinti langai gali būti neįtikėtinai siauri. Biomedicinos reikmėms skirtas kobalto-chromo-molibdeno lydinys gali sukepti 20 laipsnių Celsijaus lange, kad būtų pasiektas visas tankis be grūdelių augimo. Praleiskite tai ir gausite likutinį poringumą arba trapumą.
Šių aukštos kokybės lydinių rišiklio pašalinimas taip pat yra sudėtingesnis. Jų milteliai dažnai yra reaktyvesni, todėl norint išvengti paviršiaus užteršimo, pirmenybė turėtų būti teikiama kataliziniam surišimui (pvz., naudojant azoto rūgšties garus), o ne lėtesnius terminius metodus. Tai padidina proceso sudėtingumą ir kainą. Tačiau pelnas yra dalių, kurių savybės artėja prie kaltinės medžiagos – pagalvokite apie reaktyvinių variklių degalų purkštukų sūkurius, pagamintus naudojant MIM iš nikelio superlydinio. Vertė priklauso nuo neto formos sudėtingumo, o ne tik dėl medžiagų sąnaudų.
Tai sritis, kurioje giluminio liejimo ir apdirbimo patirtis tampa neįkainojama. Įmonė, turinti ilgametę investicinio liejimo ir specialių lydinių apdirbimo istoriją, pvz Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY), suteikia kitokios MIM perspektyvos. Jie turėjo reikalų su metalurgija specialūs lydiniai dešimtmečius per savo apvalkalo ir investicijų liejimo operacijas. Šios įsišaknijusios žinios apie tai, kaip šie metalai elgiasi esant karščiui, kaip jie sąveikauja su atmosfera ir kaip juos galima apdoroti, yra didžiulis turtas, kai bandoma juos formuoti. Jie supranta, kad po sukepinimo būsena yra tik pradžia daugeliui dalių, kurias vėliau reikės tiksliai nustatyti CNC apdirbimas kad atitiktų galutinius kritinių savybių leistinus nuokrypius. MIM procesas ir medžiagų parinkimas suprojektuoti atsižvelgiant į tą vėlesnį apdirbimo etapą.
Apdirbimo nuoroda: MIM ne visada reiškia „baigta“
Įprasta klaidinga nuomonė, kad MIM dalys iššoka iš krosnies, paruoštos naudoti. Daugeliui taip. Tačiau didelio tikslumo taikymui po sukepinimo atliekamos antrinės operacijos. Tai labai svarbu renkantis medžiagą. Galite pasirinkti iš anksto sukietintą rūšį arba tą, kuri po sukepinimo bus termiškai apdorota. Bet jūs taip pat turite atsižvelgti į apdirbamumą. Sukepinta MIM dalis turi puikią, vienodą mikrostruktūrą, tačiau tai ne visada svajojama apdirbti. Jis gali būti abrazyvinis.
Turėjome dėklą su 440C nerūdijančio plieno MIM dalimi, kuriai reikėjo srieginės skylės. Po sukepinimo dalis buvo visiškai tanki ir kieta. Tiesiogiai jį bakstelėjus, buvo kramtomi įrankiai. Turėjome pakoreguoti sukepinimo ciklą, kad apdirbimui būtų palikta šiek tiek minkštesnė būsena, o vėliau pridėti kietėjimo terminį apdorojimą. „Medžiagos“ procesas buvo toks: žaliavos formavimas -> liejimas -> surišimas -> sukepinimas (minkštas) -> CNC apdirbimas -> terminis apdorojimas -> galutinis produktas. Medžiagos kelionė po krosnies nesibaigė.
Šis integruotas vaizdas yra labai svarbus. Štai kodėl kai kurie sėkmingiausi žaidėjai nėra vien MIM parduotuvės. Jie yra integruoti gamintojai, tokie kaip QSY, kurie derina procesus. Jie gali pažvelgti į sudėtingo, labai legiruoto komponento brėžinį ir nuspręsti, ar investicinis liejimas, MIM arba hibridinis metodas geriausiai pagrįstas geometrija, medžiaga ir tūriu. Jų 30 metų liejimo ir apdirbimo srityje reiškia, kad jie pasirenka MIM medžiagas visiškai išmanydami visą gamybos grandinę, o ne tik liejimo ir sukepinimo etapus. Jie žino, kad tikroji medžiagos kaina apima jos elgesį kiekvienoje paskesnėje operacijoje.
Nesėkmės ir jų pamokos
Iš sėkmės nesimokysite medžiagos. Jūs mokotės iš šiukšlių dėžių. Iš pradžių bandėme naudoti mažai legiruoto plieno žaliavas, skirtas automobilių dalims. Dalys gerai sukepintos, atrodė puikiai. Tačiau atliekant druskos purškimo bandymus jie surūdijo per valandas, o tradiciškai apdirbta tos pačios rūšies dalis truko savaites. Kaltininkas? Anglies nuostoliai sukepinimo metu dėl atmosferos, kuri nėra idealiai pritaikyta tų miltelių paviršiaus chemijai. Medžiagos „klasė“ buvo teisinga, tačiau procesas pakeitė efektyvią jos sudėtį. Turėjome pereiti prie miltelių, sukurtų MIM, su kitokiu paviršiaus pasyvavimu ir sugriežtinti krosnies protokolą. Specifikacijų lapas buvo nenaudingas, jei nekontroliavome proceso, kuriuo buvo sukurta galutinė medžiaga.
Kitą kartą tyrinėjome naudodami MIM galintį sunkųjį volframo lydinį. Tankis buvo fantastiškas, tačiau žaliavą buvo sunku nuolat formuoti. Mėnesius skyrėme vartų ir bėgelių dizainui, formų temperatūrai, įpurškimo parametrams. Gavome funkcines dalis, bet išeiga niekada nebuvo ekonomiškai naudinga tūriui. Padėjome ant lentynos. Medžiaga buvo daug žadanti popieriuje, tačiau praktinė realybė paversti ją iš žaliavos patikimu komponentu sužlugdė projektą. Tai lemiamas sprendimas, kurį priimsite tik bandydami ir nesėkmingai.
Taigi kai pagalvoju metalo liejimo medžiagos dabar matau ne tik lydinių sąrašą. Matau sprendimų kaskadą: miltelių forma ir dydis, rišiklio chemija, miltelių įkėlimas, atrišimo būdas, krosnies atmosferos profilis, galimas terminis apdorojimas ir būtinas antrinis apdirbimas. Medžiaga yra visa ši grandinė. Tai proceso apibrėžtas subjektas. Tai padaryti teisingai reiškia gerbti kiekvieną saitą, o žinios neperkamos – jos kuriamos dalis po dalies, nesėkmė po nesėkmės metų metus. Tai yra skirtumas tarp miltelių užsakymo ir komponento sukūrimo.
