पावडर धातुकर्माचे प्रकार

जेव्हा कोणी 'पावडर मेटलर्जीचे प्रकार' म्हणतो, तेव्हा बहुतेकांची मने थेट क्लासिक प्रेस-अँड-सिंटरकडे जातात. तोच वर्कहॉर्स आहे, नक्कीच, पण तो फक्त सुरुवातीचा दरवाजा आहे. वास्तविक संभाषण सुरू होते जेव्हा तुम्ही विचारता: भागाचे अंतिम काम काय आहे? हे एक साधे, कमी-तणाव असलेले बुशिंग आहे किंवा उच्च उष्णता आणि घूर्णन शक्ती पाहणारा टर्बाइन घटक आहे? हा फरक तुम्हाला या तंत्रज्ञानाच्या एका शाखेतून दुसऱ्या शाखेत पूर्णपणे फ्लिप करतो. मी अनेक डिझाईन्स पाहिल्या आहेत ज्यामध्ये अभियंत्याने मटेरियल ग्रेड निर्दिष्ट केला आहे परंतु थकवा जीवन किंवा आयामी स्थिरतेवर उत्पादन मार्गाच्या परिणामांशी पूर्णपणे कुस्ती केली नाही. CAD मॉडेल आणि sintered reality मधील अंतर हेच आहे जिथे पावडर मेटलर्जीचे वास्तविक प्रकार राहतात.

प्रेस आणि सिंटर: बेसलाइन आणि त्याची अदृश्य मर्यादा

चला सर्वव्यापीसह प्रारंभ करूया. तुम्ही धातूची पावडर घ्या, सामान्यत: काही तांबे, निकेल आणि ग्रेफाइट पूर्व मिश्रित किंवा मिश्रित लोखंडावर आधारित मिश्रण, खोलीच्या तपमानावर कडक डायमध्ये कॉम्प्रेस करा, नंतर ते नियंत्रित वातावरणाच्या भट्टीत गरम करा. घन-स्थिती प्रसाराद्वारे बंध तयार होतात. हे उच्च-खंड, आकार-निर्मितीसाठी विलक्षणपणे कार्यक्षम आहे. गीअर्स, स्प्रॉकेट्स, उपकरणांमधील स्ट्रक्चरल भाग—अगणित उदाहरणे.

पण येथे प्रत्येकजण चकचकीत कॅच आहे: घनता. पारंपारिक प्रेस-आणि-सिंटर सामान्यत: सैद्धांतिक घनतेच्या सुमारे 92-95% वर असतात. ती उरलेली सच्छिद्रता बऱ्याच ऍप्लिकेशन्ससाठी ठीक आहे, परंतु ते डायनॅमिक गुणधर्म नष्ट करते. थकवा शक्ती वक्र निराशाजनक लवकर बाहेर सपाट. मला हायड्रॉलिक पंप गियरसाठी एक प्रकल्प आठवतो ज्यामध्ये स्टँडर्ड पी/एम शॉपमधील प्रारंभिक प्रोटोटाइप सहनशक्ती चाचणीमध्ये तयार केलेल्या स्टीलच्या बरोबरीच्या तुलनेत खूप लवकर अयशस्वी झाले. मूळ कारण भौतिक रसायनशास्त्र नव्हते; हे ते सूक्ष्म छिद्र होते जे तणाव केंद्रीत करणारे म्हणून काम करतात. आम्हाला आमचा विचार बदलायला हवा होता.

इथेच मिश्रधातू प्रणाली आणि स्नेहकांना खूप महत्त्व आहे. FN-0205 (2% निकेल आणि 0.5% ग्रेफाइटसह लोह) सिंटरिंग दरम्यान FC-0208 (2% तांबेसह) पेक्षा खूप वेगळ्या पद्धतीने वागेल, ज्यामुळे आयामी बदल आणि अंतिम ताकद प्रभावित होईल. आणि आपल्या भट्टीच्या वातावरणाचा दवबिंदू? ऑक्साईड कमी करण्यासाठी गंभीर, विशेषतः क्रोमियम किंवा मँगनीज सारख्या घटकांसह. ते चुकीचे आहे, आणि आपण एक ठिसूळ भाग आहे. ही केवळ एक प्रक्रिया नाही; हा उष्णतेखाली रसायनशास्त्राचा प्रयोग आहे.

जेव्हा घनता गैर-निगोशिएबल असते: मेटल इंजेक्शन मोल्डिंग आणि पलीकडे

तर, जर तुम्हाला जवळ-जवळ पूर्ण घनता आणि जटिल आकार हवा असेल तर बार स्टॉकमधून मशीनिंग केल्याने 80% सामग्री वाया जाईल? चे क्षेत्र आहे मेटल इंजेक्शन मोल्डिंग (MIM). तुम्ही पॉलिमर बाईंडरमध्ये अतिशय बारीक, गोलाकार पावडर मिक्स करा, इंजेक्शनने ते प्लास्टिकसारखे मोल्ड करा, नंतर सिंटरिंग करण्यापूर्वी बाईंडर (डिबाइंडिंग) काळजीपूर्वक काढून टाका. हा भाग बराच संकुचित होतो—सुमारे १५-२०%—परंतु तुमचा फीडस्टॉक एकसंध असल्यास एकसमान. तुम्ही 98% पेक्षा जास्त घनता मिळवता, अनेकदा 99% च्या जवळ.

MIM चे सौंदर्य अंतर्गत धागे, अंडरकट आणि पातळ भिंती यासारख्या तपशीलांमध्ये आहे. आम्ही ते सर्जिकल इन्स्ट्रुमेंट घटकासाठी वापरले, एक जटिल कुंडी यंत्रणा असलेला स्टेनलेस स्टील 17-4 PH भाग. ते मशीनिंग फिक्स्चर आणि साधन तुटणे एक भयानक स्वप्न होते. एमआयएमने ते सिंगल, एज-सिंटर्ड पीस बनवले. पण सैतान डिबाइंडिंगमध्ये आहे. जर बाइंडर समान रीतीने काढला नाही, तर तुम्हाला क्रॅक किंवा फोड येतात. हे एक मंद, नाजूक थर्मल सायकल आहे, ब्रूट-फोर्स ऑपरेशन नाही.

हे दुसऱ्या शाखेला जोडते: हॉट आयसोस्टॅटिक प्रेसिंग (HIP). काहीवेळा तुम्ही कॅनमध्ये (कंटेनर एचआयपींग) पावडरसह ते स्वतःच वापरता, परंतु बर्याचदा, सिंटर केलेल्या भागामध्ये अवशिष्ट छिद्र बंद करणे ही दुय्यम प्रक्रिया असते. आम्ही प्रेस-अँड-सिंटरद्वारे बनवलेल्या क्रिटिकल व्हॉल्व्ह बॉडीज घेऊ आणि त्यांना HIP सायकलद्वारे ठेवू - उच्च तापमानात उच्च आर्गॉन दाब. हे त्या अंतर्गत छिद्रांना पिळून टाकते, ज्यामुळे लवचिकता आणि दाब अखंडता नाटकीयरित्या सुधारते. हे खर्च जोडते, परंतु तेल आणि वायू घटकांसाठी, हे पात्रतेचे तिकीट आहे.

फोर्जिंग मार्ग: पावडर फोर्जिंग आणि त्याचे कोनाडा

मग पावडर फोर्जिंग आहे. तुम्ही पारंपारिक दाबाने प्रीफॉर्म बनवता, नंतर तो सिंटर्ड (किंवा कधी कधी अनसिंटर्ड) प्रीफॉर्म घ्या आणि बंद डायमध्ये गरम करा. हे पूर्ण घनता आणि उत्कृष्ट यांत्रिक गुणधर्म प्राप्त करते, तयार केलेल्या फोर्जिंगच्या जवळ. साहित्य उत्पन्न उत्कृष्ट आहे. कनेक्टिंग रॉड्स सारख्या उच्च-तणाव असलेल्या ऑटोमोटिव्ह घटकांसाठी हे एक गो-टू आहे.

परंतु टूलींगची किंमत लक्षणीय आहे आणि ते समायोजित करण्यासाठी आपल्याला व्हॉल्यूमची आवश्यकता आहे. थर्मल मॅनेजमेंट अवघड आहे - स्केल किंवा डिकार्ब्युरायझेशनशिवाय फोर्जिंगसाठी योग्य तापमानाला एकसमान प्रीफॉर्म मिळवणे. मी अशा चाचण्या पाहिल्या आहेत जिथे अयोग्य प्रीफॉर्म डिझाइनमुळे फोर्जिंग फोल्ड्स (लॅप्स) होतात, जो डायनॅमिक भागामध्ये आपत्तीजनक आहे. हा पावडर धातूविज्ञानाचा एक शक्तिशाली प्रकार आहे, परंतु ते फोर्जिंग क्राफ्टसाठी पावडर विज्ञानाप्रमाणेच आदराची मागणी करते.

ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग: द न्यू फ्रंटियर इन द फॅमिली

आपण आज ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगला स्पर्श केल्याशिवाय प्रकारांबद्दल बोलू शकत नाही किंवा पावडर बेड फ्यूजन. निवडक लेझर मेल्टिंग (SLM), इलेक्ट्रॉन बीम मेल्टिंग (EBM). ही पावडर धातूशास्त्र आहे त्याच्या सर्वात शाब्दिक अर्थाने: एका केंद्रित उर्जा स्त्रोतासह पावडर पूर्णपणे वितळवून एक भाग थर थर तयार करणे. पॅरामीटर्स डायल केले असल्यास घनता 99.9%+ असू शकते.

स्वातंत्र्य क्रांतिकारक आहे, परंतु पृष्ठभाग समाप्त आणि अंतर्गत ताण व्यापार-ऑफ आहेत. जसे-मुद्रित पृष्ठभागावर अंशतः वितळलेल्या पावडरच्या कणांपासून एक वैशिष्ट्यपूर्ण उग्रपणा असतो, ज्यावर उपचार न केल्यास थकवा येण्यास भयंकर असते. आणि जलद गरम आणि थंड होण्यापासून उरलेल्या तणावासाठी तणावमुक्ती किंवा गरम आयसोस्टॅटिक प्रेसिंग सायकल आवश्यक आहे. आम्ही Qingdao Qiangsenyuan येथे सानुकूल, कमी-वॉल्यूम इंपेलर डिझाइनसाठी त्याचे मूल्यमापन केले. भूमिती त्यासाठी योग्य होती, परंतु आवश्यक पृष्ठभागाच्या अखंडतेसाठी आणि आमच्या व्हॉल्यूमनुसार प्रति भाग खर्चासाठी, आम्ही शेवटी प्रोटोटाइप रनसाठी गुंतवणूक कास्टिंगसह गेलो. AM हे परिपूर्ण साधन होते, परंतु त्या विशिष्ट कामासाठी ते योग्य साधन नव्हते. हा मुख्य फरक आहे.

जिथे कास्टिंग आणि पावडर मेटलर्जी रस्ते क्रॉस करतात

हे मला एका संबंधित स्पर्शिकेवर आणते. येथे Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY), शेल आणि गुंतवणूक कास्टिंगमध्ये त्यांच्या दशकांसह, संभाषण अनेकदा भौतिक कामगिरीकडे वळते. जेव्हा एखाद्या क्लायंटला उच्च-तापमान सेवेसाठी निकेल-आधारित सुपरऑलॉयमध्ये भाग आवश्यक असतो, तेव्हा गुंतवणूक कास्टिंग आणि HIP सारख्या पावडर मेटलर्जी मार्गातील निवड मध्यवर्ती बनते. कास्टिंग मोठे, जटिल आकार सुंदरपणे हाताळू शकते, परंतु धान्याची रचना आणि सूक्ष्म-सच्छिद्रतेची क्षमता मर्यादा आहेत. पावडर HIPing तुम्हाला एक सूक्ष्म, एकसमान सूक्ष्म संरचना, मूलत: समस्थानिक गुणधर्म देते. निर्णय आकार, जटिलता, मालमत्तेची आवश्यकता आणि भरपूर आकार यावर अवलंबून असतो. काहीवेळा, सर्वोत्तम उपाय म्हणजे हायब्रिड: कास्ट प्रीफॉर्म वापरणे आणि नंतर पोशाख प्रतिरोधासाठी थर्मल स्प्रेद्वारे पावडर-व्युत्पन्न कोटिंग लावणे. हे एक चांगले असण्याबद्दल नाही; हे प्रक्रियांच्या योग्य संयोजनाबद्दल आहे.

दुर्लक्षित घटक: स्वतः पावडर

हे सर्व प्रकार प्रारंभिक सामग्रीवर बिजागर आहेत: पावडर. गॅस अणुयुक्त, पाण्याचे अणूयुक्त, प्लाझ्मा रोटेड इलेक्ट्रोड प्रक्रिया (PREP)—उत्पादन पद्धत कण आकार, आकार वितरण आणि अंतर्गत सूक्ष्म संरचना परिभाषित करते. एमआयएमसाठी, तुम्हाला चांगल्या प्रवाहासाठी आणि पॅकिंगसाठी ते बारीक, गोलाकार कण आवश्यक आहेत. पारंपारिक दाबण्यासाठी, अनियमित, पाण्याचे अणूयुक्त कण हिरव्या शक्तीसाठी चांगले इंटरलॉक करतात. तुम्ही टायटॅनियम सारख्या प्रतिक्रियाशील मिश्र धातु किंवा विशेष मिश्र धातु QSY लिस्ट (कोबाल्ट-आधारित, निकेल-आधारित) सह काम करत असल्यास, निष्क्रिय वातावरणात पावडर हाताळणे गैर-निगोशिएबल आहे. ऑक्सिजन पिकअप हा लवचिकतेचा मूक किलर आहे.

मी हे खूप कठीण मार्गाने लवकर शिकलो. MIM साठी 316L स्टेनलेस पावडरच्या बॅचमध्ये विशिष्टतेपेक्षा किंचित जास्त आर्द्रता होती. यामुळे मोल्डिंग दरम्यान बाइंडर-पावडर वेगळे होते, ज्यामुळे व्हॉईड्स होतात जे केवळ सिंटरिंगनंतर दिसून येतात. संपूर्ण बॅच भंगारात होती. पावडर हा पाया आहे. डाउनस्ट्रीममधील त्रुटी दूर केली जाऊ शकत नाही.

म्हणून, जेव्हा मी 'पावडर मेटलर्जीच्या प्रकारांबद्दल' विचार करतो, तेव्हा मी खरोखर निर्णयाच्या झाडाचा विचार करतो. भागाचे कार्य, त्याची मालमत्ता आवश्यकता, त्याची भूमिती आणि स्वीकार्य किंमत यासह प्रारंभ करा. तो मार्ग तुम्हाला योग्य पावडर आणि योग्य एकत्रीकरण पद्धतीकडे घेऊन जातो. ही फक्त पर्यायांची यादी कधीच नसते; ही तांत्रिक आणि आर्थिक व्यवहारांची मालिका आहे, ज्यामध्ये सच्छिद्रतेचे भूत प्रत्येक निवडीमागे दडलेले आहे. भूत नाहीसे करणारी प्रक्रिया निवडणे किंवा किमान त्या भागाच्या इच्छित जीवनासाठी निरुपद्रवी बनवणे हे ध्येय आहे.