Kad kāds saka “pulvermetalurģijas veidi”, lielākā daļa prātu pāriet tieši uz klasisko presēšanu un saķepināšanu. Protams, tas ir darba zirgs, bet tie ir tikai sākuma vārti. Īstā saruna sākas, kad jautājat: kāds ir daļas pēdējais darbs? Vai tā ir vienkārša, zemas slodzes bukse, vai arī tā ir turbīnas sastāvdaļa, kas redz lielu karstumu un rotācijas spēkus? Šī atšķirība pilnībā pārvērš jūs no vienas šīs tehnoloģijas nozares uz citu. Esmu redzējis pārāk daudz dizainparaugu, kuros inženieris norādījis materiāla kategoriju, bet nebija pilnībā cīnījies ar ražošanas ceļa ietekmi uz noguruma ilgumu vai izmēru stabilitāti. Šī plaisa starp CAD modeli un saķepināto realitāti ir vieta, kur dzīvo īstie pulvermetalurģijas veidi.
Prese un saķepināšana: bāzes līnija un tās neredzamās robežas
Sāksim ar visuresošo. Jūs ņemat metāla pulveri, parasti uz dzelzs bāzes izgatavotu maisījumu ar iepriekš leģētu vai sajauktu varu, niķeli un grafītu, saspiediet to stingrā presē istabas temperatūrā, pēc tam karsējiet to kontrolētas atmosfēras krāsnī. Saites veidojas cietvielu difūzijas ceļā. Tas ir fantastiski efektīvs liela apjoma, formas veidošanai. Zobrati, ķēdes rati, ierīču konstrukcijas daļas — neskaitāmi piemēri.
Bet šeit ir tas, ko visi nemīl: blīvums. Parastā presēšana un saķepināšana parasti pārsniedz 92–95% no teorētiskā blīvuma. Šī atlikusī porainība ir piemērota daudziem lietojumiem, taču tā nogalina dinamiskās īpašības. Noguruma spēka līkne saplacinās vilšanās agri. Es atceros projektu par hidrauliskā sūkņa pārnesumu, kur sākotnējie prototipi no standarta P/M veikala cieta neveiksmi daudz ātrāk nekā kaltā tērauda ekvivalents izturības testos. Galvenais iemesls nebija materiāla ķīmija; tās bija tās mikroskopiskās poras, kas darbojās kā stresa koncentratori. Mums bija jāmaina domāšana.
Šeit sakausējuma sistēmām un smērvielām ir milzīga nozīme. FN-0205 (dzelzs ar 2% niķeļa un 0,5% grafīta) saķepināšanas laikā izturēsies ļoti atšķirīgi no FC-0208 (ar 2% vara), ietekmējot izmēru izmaiņas un galīgo stiprību. Un jūsu krāsns atmosfēras rasas punkts? Svarīgi oksīdu samazināšanai, īpaši ar tādiem elementiem kā hroms vai mangāns. Pārdodiet to nepareizi, un jums ir trausla daļa. Tas nav tikai process; tas ir ķīmijas eksperiments zem karstuma.
Ja blīvums nav apspriežams: metāla iesmidzināšanas formēšana un tālāk
Tātad, ko darīt, ja jums ir nepieciešams gandrīz pilns blīvums un sarežģīta forma, kuru apstrāde no stieņa materiāla izšķērdētu 80% materiāla? Tā ir sfēra Metāla iesmidzināšanas formēšana (MIM). Jūs sajaucat ļoti smalku, sfērisku pulveri ar polimēru saistvielu, iesmidzināt to kā plastmasu, pēc tam uzmanīgi noņemiet saistvielu (attīriet) pirms saķepināšanas. Daļa saraujas daudz — apmēram 15–20%, bet vienmērīgi, ja jūsu izejviela ir viendabīga. Jūs sasniedzat blīvumu virs 98%, bieži vien tuvu 99%.
MIM skaistums slēpjas detaļās, piemēram, iekšējās vītnēs, iegriezumos un plānās sienās. Mēs to izmantojām ķirurģiskā instrumenta sastāvdaļai, nerūsējošā tērauda 17-4 PH daļai ar sarežģītu fiksācijas mehānismu. Tā apstrāde bija armatūras un instrumentu lūzuma murgs. MIM padarīja to par vienu, saķepinātu gabalu. Bet velns ir debinding. Ja saistviela netiek noņemta vienmērīgi, rodas plaisas vai tulznas. Tas ir lēns, delikāts termiskais cikls, nevis brutāla spēka darbība.
Tas savienojas ar citu filiāli: Karstā izostatiskā presēšana (HIP). Dažreiz jūs to lietojat vienu pašu ar pulveri kārbā (konteinera HIPing), bet biežāk tas ir sekundārs process, lai aizvērtu atlikušo porainību saķepinātajā daļā. Mēs ņemam kritiskos vārstu korpusus, kas izgatavoti, izmantojot presēšanu un saķepināšanu, un ievietojām tiem HIP ciklu — augstu argona spiedienu augstā temperatūrā. Tas izspiež šīs iekšējās poras, ievērojami uzlabojot elastību un spiediena integritāti. Tas palielina izmaksas, bet naftas un gāzes komponentiem tā ir biļete uz kvalifikāciju.
Kalšanas ceļš: pulvera kalšana un tās niša
Tad ir pulvera kalšana. Jūs izgatavojat sagatavi, izmantojot parasto presēšanu, pēc tam ņemiet šo saķepināto (vai dažreiz nesaķepināto) sagatavi un karsti izkaliet to slēgtā veidnē. Tādējādi tiek sasniegts pilns blīvums un lieliskas mehāniskās īpašības, kas ir tuvu kaltiem kalumiem. Materiāla raža ir lieliska. Tas ir bijis iecienīts automobiļu komponentu, piemēram, klaņi, ar augstu slodzi.
Bet instrumentu izmaksas ir ievērojamas, un jums ir nepieciešams apjoms, lai to pamatotu. Termiskā vadība ir sarežģīta — vienmērīgi panākt sagataves pareizo temperatūru kalšanai bez katlakmens vai dekarbonizācijas. Esmu redzējis izmēģinājumus, kuros nepareiza sagatavju konstrukcija noveda pie kroku (apļaužu) kalšanas, kas ir defekts, kas ir katastrofāls dinamiskajā daļā. Tas ir spēcīgs pulvermetalurģijas veids, taču tas prasa cieņu pret kalšanas amatniecību un pulvera zinātni.
Piedevu ražošana: jaunā robeža ģimenē
Šodien nevar runāt par veidiem, nepieskaroties piedevu ražošanai, vai Pulvera gultas saplūšana. Selektīvā lāzera kausēšana (SLM), elektronu staru kausēšana (EBM). Tā ir pulvermetalurģija tās tiešākajā nozīmē: vienas daļas veidošana slāni pa slānim, pilnībā izkausējot pulveri ar fokusētu enerģijas avotu. Blīvums var būt 99,9%+, ja tiek ievadīti parametri.
Brīvība ir revolucionāra, bet virsmas apdare un iekšējais spriegums ir kompromisi. Apdrukātajai virsmai ir raksturīgs raupjums no daļēji izkusušām pulvera daļiņām, kas ir briesmīgs nogurumam, ja to neapstrādā. Un atlikušais spriegums no ātras sildīšanas un dzesēšanas prasa spriedzes mazināšanu vai karstās izostatiskās presēšanas ciklu. Mēs novērtējām to pēc pielāgota maza apjoma lāpstiņriteņa dizaina Qingdao Qiangsenyuan. Ģeometrija tam bija ideāli piemērota, taču, lai nodrošinātu nepieciešamo virsmas integritāti un izmaksas par daļu mūsu apjomā, mēs galu galā veicām investīciju liešanu prototipa palaišanai. AM bija ideāls rīks, taču šim konkrētajam darbam tas nebija īstais rīks. Tā ir galvenā atšķirība.
Kur šķērso liešanas un pulvermetalurģijas ceļi
Tas mani noved pie atbilstošas tangences. Plkst Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY), ar savu gadu desmitiem čaulu un investīciju liešanā, saruna bieži vien pārvēršas par materiālu veiktspēju. Ja klientam ir nepieciešama daļa no niķeļa bāzes supersakausējuma augstas temperatūras apkalpošanai, izvēle starp ieguldījumu liešanu un pulvermetalurģijas ceļu, piemēram, HIP, kļūst par galveno. Liešana var lieliski apstrādāt lielas, sarežģītas formas, taču graudu struktūra un mikroporainības potenciāls ir ierobežots. Pulverveida HIPing nodrošina smalku, vienmērīgu mikrostruktūru, būtībā izotropiskas īpašības. Lēmums ir atkarīgs no lieluma, sarežģītības, īpašuma prasībām un partijas lieluma. Dažkārt labākais risinājums ir hibrīds: izmantot lieto sagatavi un pēc tam ar termisko aerosolu uzklāt pulverveida pārklājumu, lai nodrošinātu nodilumizturību. Tas nav par to, ka viens ir labāks; runa ir par pareizu procesu kombināciju.
Neņemtais faktors: pats pulveris
Visi šie veidi ir atkarīgi no izejmateriāla: pulvera. Gāzes izsmidzināšanas, ūdens izsmidzināšanas, plazmas rotācijas elektrodu process (PREP) — ražošanas metode nosaka daļiņu formu, izmēru sadalījumu un iekšējo mikrostruktūru. MIM ir vajadzīgas šīs smalkās, sfēriskās daļiņas, lai nodrošinātu labu plūsmu un iepakošanu. Parastajai presēšanai neregulāras, ar ūdeni izsmidzinātas daļiņas labāk savienojas, lai nodrošinātu zaļo izturību. Ja strādājat ar reaktīviem sakausējumiem, piemēram, titānu vai īpašiem sakausējumiem QSY sarakstos (uz kobalta bāzes, uz niķeļa bāzes), pulvera apstrāde inertā atmosfērā nav apspriežama. Skābekļa savācējs ir kluss elastības slepkava.
Es to iemācījos agri. 316 L nerūsējošā pulvera partijai MIM bija nedaudz augstāks mitruma saturs nekā specifikācijā. Tas izraisīja saistvielas un pulvera atdalīšanu formēšanas laikā, izraisot tukšumus, kas parādījās tikai pēc saķepināšanas. Visa partija bija lūžņi. Pulveris ir pamats. Tur esošo trūkumu nevar novērst pa straumi.
Tātad, kad es domāju par “pulvermetalurģijas veidiem”, es patiešām domāju par lēmumu koku. Sāciet ar daļas funkciju, tās īpašībām, ģeometriju un pieņemamām izmaksām. Šis ceļš ved pie pareizā pulvera un pareizās konsolidācijas metodes. Tas nekad nav tikai iespēju saraksts; tā ir virkne tehnisku un ekonomisku kompromisu, ar porainības rēgu, kas slēpjas aiz katras izvēles. Mērķis ir izvēlēties procesu, kas liek šim spokam pazust vai vismaz padara to nekaitīgu daļas paredzētajam mūžam.
