Кога повеќето луѓе ќе слушнат „технологија за металургија на прав“, тие веднаш замислуваат едноставни пресувани и синтерувани запчаници или чаури. Тоа е нештата на почетно ниво, крајот на стоката. Вистинската длабочина, и каде започнува фрустрацијата и фасцинацијата, е во дизајнот на легурата, пост-обработката и управувањето со јазот помеѓу совршениот лабораториски примерок и производниот циклус од десет илјади делови кои сите треба да постигнат специфична густина и цврстина на истегнување. Тоа не е само правење форма; тоа е инженерство на микроструктура од основата.
Легурата не е само формула
Можете да купите стандардни мешавини на железо-бакар-јаглерод од полицата, и тие ќе работат за 80% од вообичаените апликации. Но, кога клиентот како Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY) доаѓа со барање за компонента што треба да издржи корозија на висока температура во хемиска пумпа, играта се менува. Нивната заднина во леење инвестициска легура значи дека ги разбираат својствата на материјалот на длабоко ниво. Разговорот се префрла од тоа што е најевтиниот прав до тоа како да ги реплицираме перформансите на легура на ковано никел, но со предност во форма на мрежа на PM?
Ова е местото каде што претходно легираните прашоци наспроти елементарните мешавини стануваат критичен избор. Со системи засновани на никел, одењето по претходно легираниот пат ви дава хомогеност, но прашокот е потежок, помалку компресивен. Вие тргувате со полесно притискање за потенцијално поконзистентни резултати од синтерување. Поминавме неколку недели во изедначување на процентите на лубрикантот и притисокот на набивање само за да добиеме уште 0,1 g/cm3 зелена густина на тежок претходно легиран аналог на Inconel. Понекогаш, решението не е во пресата, туку во изборот на хибриден пристап - јадро од претходно легиран прав со приспособен систем за врзување, кој воведува свој сет на предизвици за време на одврзувањето.
Атмосферата на синтерување станува најважна. Едноставен ендотермичен гас нема да го пресече за овие легури. Станува збор за водородни печки со висок вакуум или ултра висока чистота, со прецизни температурни рампи за контрола на врнежите од карбид. Направете погрешна стапка на ладење и ќе завршите со дел што машините како стакло - кршлив, кине честички, уништува скапи CNC-алати во фазата на обработка по синтерување со кои компаниите како QSY вообичаено би работеле. Тоа е точка на предавање каде што недостатоците на процесот на PM стануваат туѓа главоболка за обработка.
Густина: Вечната потера
Светиот грал е со полна густина или колку што можете комерцијално да се приближите. За структурните делови, особено оние што ги заменуваат кованиците, порозноста е непријател на динамичната сила на замор. Двојно притискање и двојно синтерување (DPDS) е одговорот во учебникот, но додава цена и време на циклус. Имавме поголем успех, во некои случаи, со топло набивање со употреба на прашоци обложени со полимер. Прашокот тече подобро, се пакува порамномерно во сложени матрици - помислете на сложените форми можни во инвестициското лиење што го прави QSY, но со метален прав. Скокот на густина од собна температура до набивање од 130°C може да биде значителен, понекогаш 0,2-0,3 g/cm3, што директно се преведува на подобри својства.
Потоа, тука е обликувањето со вбризгување на метал (MIM), кое е навистина само гранка на технологија на металургија на прав. Тоа ви дава речиси целосна густина и неверојатна сложеност на обликот, ривалски со инвестицискиот кастинг. Но, циклусот на обврзување е кошмар ако не и совршено контролиран. Сум видел цела серија на блистери од не'рѓосувачки челик делови од MIM бидејќи растворувачот бил премногу агресивен, заробувајќи гас што се проширил за време на синтерувањето. Цената на тој неуспех не беше само пудрата; тоа беше изгубеното време во циклусот на печката што трае 20+ часа.
Операциите по синтерување како топло изостатско пресување (HIP) може да ја залечат внатрешната порозност, но тоа е врвен процес. Не ставате дел од 2 долари. Резервиран е за воздушни или медицински импланти. Дрвото на одлуки секогаш се сведува на барањата за изведба наспроти плафонот на трошоците. Голем дел од мојата работа е навигација на тоа дрво со клиентот.
Кога премиерот ќе се сретне со обработката: интерфејсот
Ова е клучна, често занемарена, раскрсница. Многу малку PM делови се навистина во форма на мрежа. Речиси секогаш ви треба секундарна операција: димензионирање, ковење или обработка. Порозноста го менува начинот на сечење на материјалот. Тоа е абразивно. Не ја оддава топлината подалеку од работ на сечење како цврст метал. Ние тесно соработуваме со машински партнери - а компанија со тридецениска експертиза за CNC обработка на QSY е вредна табла за озвучување - за развивање параметри.
На пример, обработка на прирабница од синтеруван челик. Ако густината е нерамномерна, алатката наидува на различен отпор, што предизвикува брборење и лоша завршница на површината. Имавме случај кога CNC машинистите се жалеа на брзо абење на алатот. Проблемот не беше степенот на алатката; тоа беше благ градиент на густина од врвот до дното на пресуваниот дел, предизвикан од нерамномерното полнење на прав во матрицата. Поправката беше редизајнирање на движењето на чевелот и можеби додавање чекор пред мешање за да се разбијат агломератите во прав. Токму овие ситни детали за процесот го одвојуваат употребливиот дел од сигурен.
Понекогаш, најдоброто решение е да се дизајнира делот за да се минимизира обработката. Оставете синтерувана површина каде што можете, наведете ги додатоците за обработка кои ја земаат предвид варијабилноста на собирањето на синтерување. Тоа е ко-дизајнерски напор помеѓу инженерот на премиерот и машинскиот мајстор, а не последователно предавање.
Нишата за специјални легури и компромиси во реалниот свет
Работата на QSY со кобалт и легури на база на никел во кастинг е директно релевантна. Овие материјали често се бараат за PM за абење и апликации со висока температура. Но, прашокот за нив е скап, а прозорецот за синтерување е тесен. Премногу жешко, добивате прекумерен раст на зрната и еутектички фази кои го ослабуваат делот; премногу кул, и не е целосно синтеруван.
Се обидовме со легура на кобалт-хром за седиште на вентилот. Лабораториските испитувања беа ветувачки. Но, во производството, одржувањето на точниот јаглероден потенцијал во атмосферата на синтерување преку големо оптоварување на печката беше невозможно. Деловите на рабовите на чамецот се синтеруваа поинаку од оние во центарот. Резултатот? Неконзистентна цврстина. Некои седишта ќе се истрошат со месеци, други траеја со години. Клиентот, разбирливо, се вратил на ковано и машинско решение. Тој неуспех ме научи дека за некои легури со високи перформанси, чувствителноста на процесот на PM може да ја надмине нејзината економска предност, освен ако немате контрола на ниво на лабораторија на фабрички под, што ретко е економично.
Успешните приказни постојат, се разбира. Челиците за алати направени преку PM, како и оценките на CPM, се супериорни во однос на нивните конвенционално лиени колеги поради фината, униформа дистрибуција на карбид. Тоа е победа за технологијата. Но, тоа е победа изградена на специфична опрема и знаење, а не генерички прес.
Гледајќи напред: Станува збор за консолидација, а не само за обликување
Иднината на технологија на металургија на прав, според мене, помалку е за правење запчаник, а повеќе за создавање уникатни материјални состојби. Размислете за производството на адитиви - во суштина тоа е PM слој по слој. Или консолидација на аморфни метални прашоци во рефус компоненти. Принципот е ист: земете дискретни честички и спојте ги во кохерентна цврстина.
Лекциите од традиционалните PM - ракување со прав, контрола на атмосферата, управување со собирање - се директно применливи на овие понови полиња. Компаниите кои ќе напредуваат се оние кои ја разбираат материјалната наука, а не само механиката за притискање. Фирмите со леарно и машинско наследство, како што е QSY, имаат предност бидејќи го гледаат целиот животен циклус: од суровина до завршена, функционална компонента. Тие разбираат дека кривата на синтерување е исто толку критична како брзината на напојување на обработката.
За секој што ќе влезе во ова, мој совет е да се справи со пудрата. Почувствувајте го неговиот тек. Погледнете ја синтеруваната микроструктура под микроскоп заедно со податоците од механичкиот тест. Поврзете ги ситните пори што ги гледате со површината на фрактура на замор. Тоа е технологија на детали, каде што промената од 1% во параметарот на процесот може да доведе до 10% промена во перформансите. Тоа е постојаниот предизвик и вистинскиот интерес за тоа.
