Kai kas nors sako „miltelinės metalurgijos rūšys“, dauguma galvoja tiesiai apie klasikinį presavimą ir sukepinimą. Žinoma, tai yra darbinis arklys, bet tai tik starto vartai. Tikrasis pokalbis prasideda, kai paklausi: koks yra galutinis dalies darbas? Ar tai paprasta, mažai įtempta įvorė, ar tai turbinos komponentas, kuris mato didelę šilumą ir sukimosi jėgas? Šis skirtumas visiškai perkelia jus nuo vienos šios technologijos šakos prie kitos. Mačiau per daug dizainų, kuriuose inžinierius nurodė medžiagos klasę, tačiau visiškai nesusimąstė su gamybos maršruto įtaka nuovargio eksploatavimo trukmei arba matmenų stabilumui. Tas atotrūkis tarp CAD modelio ir sukepintos realybės yra ta vieta, kur gyvena tikrosios miltelių metalurgijos rūšys.
Spauda ir sukepinimas: pradinė linija ir jo nematomos ribos
Pradėkime nuo visur esančio. Paimkite metalo miltelius, dažniausiai geležies mišinį su šiek tiek vario, nikelio ir grafito, iš anksto legiruoto arba sumaišyto, suspaudžiate juos standžioje formoje kambario temperatūroje, tada kaitinate kontroliuojamos atmosferos krosnyje. Ryšiai susidaro per kietojo kūno difuziją. Tai fantastiškai efektyvus didelės apimties formavimui. Krumpliaračiai, žvaigždutės, konstrukcinės prietaisų dalys – nesuskaičiuojama daugybė pavyzdžių.
Tačiau čia yra tas dalykas, kurį visi glumina: tankis. Įprastas presavimas ir sukepinimas paprastai sudaro apie 92–95 % teorinio tankio. Šis likęs poringumas tinka daugeliui programų, tačiau jis sunaikina dinamines savybes. Nuovargio stiprumo kreivė apmaudu anksti išsilygina. Prisimenu hidraulinio siurblio pavaros projektą, kai pirminiai prototipai iš standartinės P/M parduotuvės sugedo daug greičiau nei kalto plieno ekvivalentas patvarumo bandymuose. Pagrindinė priežastis buvo ne medžiagos chemija; tai buvo tos mikroskopinės poros, kurios veikė kaip streso koncentratoriai. Turėjome pakeisti savo mąstymą.
Čia labai svarbios lydinių sistemos ir tepalai. FN-0205 (geležis su 2 % nikelio ir 0,5 % grafito) sukepinimo metu elgsis labai skirtingai nei FC-0208 (su 2 % vario), o tai turės įtakos matmenų pokyčiams ir galutiniam stiprumui. O jūsų krosnies atmosferos rasos taškas? Labai svarbus oksidų mažinimui, ypač naudojant tokius elementus kaip chromas ar manganas. Supraskite neteisingai, ir jūs turite trapią dalį. Tai ne tik procesas; tai chemijos eksperimentas karštyje.
Kai tankis yra nediskutuojamas: metalo liejimas įpurškimu ir ne tik
Taigi, ką daryti, jei jums reikia beveik viso tankio ir sudėtingos formos, kad apdirbant iš strypo žaliavos būtų išeikvota 80 % medžiagos? Tai sfera Metalo įpurškimas (MIM). Labai smulkius, sferinius miltelius sumaišote su polimeriniu rišikliu, įpurškiate kaip plastiką, tada prieš sukepinant atsargiai pašalinkite rišiklį (atrišimą). Dalis labai susitraukia – apie 15–20 %, bet vienodai, jei jūsų žaliava yra vienalytė. Jūs pasiekiate daugiau nei 98%, dažnai beveik 99%.
MIM grožis slypi tokiose detalėse kaip vidiniai sriegiai, įpjovos ir plonos sienos. Jį naudojome chirurginio instrumento komponentui, nerūdijančio plieno 17-4 PH detalei su sudėtingu fiksavimo mechanizmu. Jį apdirbti buvo košmaras, kai lūžo armatūra ir įrankiai. MIM padarė jį vientisu sukepintu gabalu. Bet velnias slypi atrišime. Jei rišiklis pašalinamas netolygiai, atsiranda įtrūkimų ar pūslių. Tai lėtas, subtilus terminis ciklas, o ne žiaurios jėgos operacija.
Tai jungiasi prie kitos šakos: Karštas izostatinis presavimas (HIP). Kartais jūs naudojate jį vieną su milteliais skardinėje (konteinerio HIPing), tačiau dažniau tai yra antrinis procesas, skirtas pašalinti likutinį poringumą sukepintoje dalyje. Mes paimtume svarbiausius vožtuvų korpusus, pagamintus presuojant ir sukepinant, ir perkeliame juos į HIP ciklą – aukštą argono slėgį aukštoje temperatūroje. Jis išspaudžia tas vidines poras, žymiai pagerindamas lankstumą ir slėgio vientisumą. Tai padidina sąnaudas, bet naftos ir dujų komponentų atveju tai yra bilietas į kvalifikaciją.
Kalimo kelias: miltelių kalimas ir jo niša
Tada yra miltelių kalimas. Pagaminate ruošinį įprastu presavimu, tada paimkite tą sukepintą (arba kartais nesukepintą) ruošinį ir karštai kalkite uždarame štampelyje. Taip pasiekiamas visas tankis ir puikios mechaninės savybės, artimos kaltiniams kaltiniams. Medžiagos išeiga yra puiki. Tai buvo mėgstama didelio įtempimo sukeliančių automobilių komponentų, tokių kaip švaistikliai.
Tačiau įrankių sąnaudos yra didelės, todėl jums reikia apimties, kad tai pateisintumėte. Šiluminis valdymas yra sudėtingas – tolygiai pašildyti ruošinį iki tinkamos temperatūros, kad būtų galima kalti be nuosėdų ar dekarbonizavimo. Mačiau bandymų, kai dėl netinkamo ruošinio dizaino susidarė klostės (aplenkimai), o dinamiškos dalies defektas yra katastrofiškas. Tai galinga miltelių metalurgijos rūšis, tačiau ji reikalauja pagarbos kalimo amatui ir miltelių mokslui.
Priedų gamyba: nauja šeimos siena
Šiandien negalima kalbėti apie tipus, neliesdami priedų gamybos, arba Miltelių lovos sintezė. Atrankinis lazerio lydymas (SLM), elektronų pluošto lydymas (EBM). Tai yra miltelinė metalurgija tiesiogine prasme: sluoksnio sluoksnio kūrimas visiškai išlydant miltelius su sutelktu energijos šaltiniu. Tankis gali būti 99,9%+, jei įvedami parametrai.
Laisvė yra revoliucinė, tačiau paviršiaus apdaila ir vidinė įtampa yra kompromisai. Atspausdintas paviršius turi būdingą šiurkštumą dėl dalinai ištirpusių miltelių dalelių, o tai baisu sukelia nuovargį, jei jis nėra apdorotas. O dėl greito šildymo ir aušinimo likusio įtempio reikia sumažinti įtampą arba karšto izostatinio presavimo ciklą. Mes įvertinome jį dėl individualaus mažo tūrio sparnuotės dizaino Qingdao Qiangsenyuan. Geometrija jam buvo tobula, tačiau dėl reikalingo paviršiaus vientisumo ir vienos dalies kainos pagal mūsų tūrį galiausiai pradėjome investuoti į prototipo paleidimą. AM buvo tobulas įrankis, bet tam konkrečiam darbui jis nebuvo tinkamas įrankis. Tai esminis skirtumas.
Kur susikerta liejimo ir miltelinės metalurgijos keliai
Tai atveda mane prie atitinkamos liestinės. At Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY), su jų dešimtmečiais apvalkalo ir investicijų liejimo, pokalbis dažnai pakrypsta apie materialinius rezultatus. Kai klientui reikia nikelio pagrindu pagaminto superlydinio detalės, skirtos aukštos temperatūros aptarnavimui, pasirinkimas tarp investicinio liejimo ir miltelių metalurgijos maršruto, pvz., HIP, tampa pagrindiniu. Liejimas gali puikiai apdoroti dideles, sudėtingas formas, tačiau grūdelių struktūra ir mikroporingumas yra riboti. Milteliai HIPing suteikia jums puikią, vienodą mikrostruktūrą, iš esmės izotropines savybes. Sprendimas priklauso nuo dydžio, sudėtingumo, nuosavybės reikalavimų ir sklypo dydžio. Kartais geriausias sprendimas yra hibridinis: naudoti lietinį ruošinį, o po to terminiu purškimu padengti miltelių pavidalo dangą, kad būtų užtikrintas atsparumas dilimui. Tai ne apie tai, kad vienas yra geresnis; kalbama apie tinkamą procesų derinį.
Nepastebėtas veiksnys: pati milteliai
Visi šie tipai priklauso nuo pradinės medžiagos: miltelių. Purškiamas dujomis, purškiamas vanduo, plazminio sukimo elektrodo procesas (PREP) – gamybos metodas apibrėžia dalelių formą, dydžio pasiskirstymą ir vidinę mikrostruktūrą. MIM reikia tų smulkių, sferinių dalelių, kad būtų geras srautas ir pakavimas. Atliekant įprastą presavimą, netaisyklingos, vandeniu išpurkštos dalelės geriau susilieja, kad būtų užtikrintas žalias stiprumas. Jei dirbate su reaktyviaisiais lydiniais, tokiais kaip titanas, arba specialiais lydiniais QSY sąrašais (kobalto, nikelio pagrindu), miltelių tvarkymas inertinėje atmosferoje yra nediskutuotinas. Deguonies rinktuvas yra tylus plastiškumo žudikas.
Anksti to išmokau sunkiai. 316 l nerūdijančio plieno miltelių, skirtų MIM, partijos drėgmės kiekis buvo šiek tiek didesnis nei spec. Dėl to liejimo metu atsiskyrė rišiklis ir milteliai, todėl susidaro tuštumos, kurios atsirado tik po sukepinimo. Visa partija buvo laužas. Pudra yra pagrindas. Trūkumas negali būti pašalintas pasroviui.
Taigi, kai galvoju apie „miltelių metalurgijos tipus“, iš tikrųjų galvoju apie sprendimų medį. Pradėkite nuo detalės funkcijos, jos savybių reikalavimų, geometrijos ir priimtinos kainos. Šis kelias veda prie tinkamos pudros ir tinkamo konsolidavimo metodo. Tai niekada nėra tik pasirinkimų sąrašas; tai techninių ir ekonominių kompromisų serija, už kiekvieno pasirinkimo slypi poringumo vaiduoklis. Tikslas yra pasirinkti procesą, dėl kurio tas vaiduoklis išnyksta arba bent jau padaro jį nekenksmingu numatytam dalies gyvenimui.
