ประเภทของผงโลหะวิทยา

เมื่อมีคนพูดว่า 'ประเภทของโลหะวิทยาที่เป็นผง' คนส่วนใหญ่มักจะพุ่งตรงไปที่เครื่องอัดและเผาแบบคลาสสิก นั่นเป็นม้าทำงานแน่นอน แต่มันเป็นเพียงประตูเริ่มต้นเท่านั้น บทสนทนาที่แท้จริงเริ่มต้นขึ้นเมื่อคุณถามว่างานสุดท้ายของส่วนนี้คืออะไร? เป็นบุชชิ่งแบบธรรมดาที่มีความเค้นต่ำ หรือเป็นส่วนประกอบกังหันที่เห็นความร้อนและแรงหมุนสูง ความแตกต่างดังกล่าวจะพลิกคุณจากสาขาหนึ่งของเทคโนโลยีนี้ไปสู่อีกสาขาหนึ่งโดยสิ้นเชิง ฉันเคยเห็นการออกแบบมากเกินไปโดยที่วิศวกรระบุเกรดวัสดุ แต่ไม่ได้จัดการกับผลกระทบของเส้นทางการผลิตที่มีต่ออายุความล้าหรือความเสถียรของมิติอย่างเต็มที่ ช่องว่างระหว่างแบบจำลอง CAD และความเป็นจริงจากการเผาผนึกคือจุดที่โลหะวิทยาผงประเภทที่แท้จริงอาศัยอยู่

Press and Sinter: เส้นฐานและขีดจำกัดที่มองไม่เห็น

เริ่มจากสิ่งที่แพร่หลายกันก่อน คุณนำผงโลหะ ซึ่งโดยปกติแล้วจะมีส่วนผสมของเหล็กกับทองแดง นิกเกิล และกราไฟต์ที่ผสมไว้ล่วงหน้าหรือผสมแล้ว บีบอัดในแม่พิมพ์แข็งที่อุณหภูมิห้อง จากนั้นให้ความร้อนในเตาบรรยากาศที่มีการควบคุม พันธะเกิดขึ้นจากการแพร่กระจายของโซลิดสเตต มันมีประสิทธิภาพอย่างน่าอัศจรรย์สำหรับการสร้างรูปร่างในปริมาณมาก เกียร์ เฟือง ชิ้นส่วนโครงสร้างในเครื่องใช้ไฟฟ้า—ตัวอย่างนับไม่ถ้วน

แต่สิ่งที่ทุกคนมองข้ามไปคือความหนาแน่น โดยทั่วไปแล้ว การอัดและเผาแบบธรรมดาจะมีความหนาแน่นสูงสุดประมาณ 92-95% ของความหนาแน่นทางทฤษฎี ความพรุนที่เหลือนั้นใช้ได้สำหรับหลาย ๆ แอปพลิเคชัน แต่จะทำลายคุณสมบัติไดนามิก เส้นโค้งความเมื่อยล้าจะแผ่ออกเร็วอย่างน่าผิดหวัง ฉันจำโปรเจ็กต์สำหรับเฟืองปั๊มไฮดรอลิกที่ต้นแบบเริ่มแรกจากร้าน P/M มาตรฐานล้มเหลวเร็วกว่าการทดสอบความทนทานของเหล็กดัดที่เทียบเท่ากันมาก สาเหตุที่แท้จริงไม่ได้อยู่ที่เคมีของวัสดุ มันเป็นรูพรุนขนาดเล็กที่ทำหน้าที่เป็นตัวรวมความเครียด เราต้องเปลี่ยนความคิดของเรา

นี่คือจุดที่ระบบโลหะผสมและสารหล่อลื่นมีความสำคัญอย่างมาก FN-0205 (เหล็กที่มีนิกเกิล 2% และกราไฟท์ 0.5%) จะมีพฤติกรรมแตกต่างอย่างมากจาก FC-0208 (ที่มีทองแดง 2%) ในระหว่างการเผาผนึก ซึ่งส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงขนาดและความแข็งแรงขั้นสุดท้าย และจุดน้ำค้างของบรรยากาศเตาหลอมของคุณล่ะ? มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการลดออกไซด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับองค์ประกอบเช่นโครเมียมหรือแมงกานีส ทำผิดและคุณมีส่วนที่เปราะบาง มันไม่ใช่แค่กระบวนการเท่านั้น เป็นการทดลองทางเคมีภายใต้ความร้อน

เมื่อความหนาแน่นไม่สามารถต่อรองได้: การฉีดขึ้นรูปโลหะและอื่นๆ

แล้วถ้าคุณต้องการความหนาแน่นเกือบเต็มและรูปร่างที่ซับซ้อนซึ่งการตัดเฉือนจากผลิตภัณฑ์ชนิดแท่งจะทำให้สูญเสียวัสดุถึง 80% ล่ะ? นั่นคืออาณาจักรของ การฉีดขึ้นรูปโลหะ (MIM). คุณผสมผงทรงกลมที่ละเอียดมากกับสารยึดเกาะโพลีเมอร์ แล้วฉีดขึ้นรูปเหมือนพลาสติก จากนั้นค่อย ๆ ดึงสารยึดเกาะออก (แยกสารยึดเกาะ) ออกก่อนทำการเผา ชิ้นส่วนจะหดตัวลงมาก ประมาณ 15-20% แต่จะหดตัวเท่ากันหากวัตถุดิบตั้งต้นของคุณเป็นเนื้อเดียวกัน คุณมีความหนาแน่นมากกว่า 98% ซึ่งมักจะเกือบ 99%

ความสวยงามของ MIM อยู่ที่รายละเอียดต่างๆ เช่น ด้ายภายใน รอยตัด และผนังบาง เราใช้มันกับส่วนประกอบเครื่องมือผ่าตัด ซึ่งเป็นชิ้นส่วนสแตนเลส 17-4 PH พร้อมกลไกสลักที่ซับซ้อน การตัดเฉือนถือเป็นฝันร้ายของฟิกซ์เจอร์และการแตกหักของเครื่องมือ MIM ทำให้มันเป็นชิ้นเดียวเหมือนเผาผนึก แต่ปีศาจกำลังสลายตัว หากเอาสารยึดเกาะออกไม่เท่ากัน อาจมีรอยแตกหรือพุพอง มันเป็นวงจรความร้อนที่ช้าและละเอียดอ่อน ไม่ใช่การทำงานแบบใช้กำลังดุร้าย

สิ่งนี้เชื่อมต่อกับสาขาอื่น: การกดไอโซสแตติกแบบร้อน (HIP). บางครั้งคุณใช้มันเพียงอย่างเดียวกับผงในกระป๋อง (คอนเทนเนอร์ HIPing) แต่บ่อยครั้งกว่านั้น มันเป็นกระบวนการรองในการปิดรูพรุนที่ตกค้างในส่วนที่ถูกเผา เราจะนำตัววาล์วที่สำคัญที่สร้างขึ้นผ่านการอัดและเผาผนึก และนำไปผ่านวงจร HIP ซึ่งเป็นแรงดันอาร์กอนสูงที่อุณหภูมิสูง มันบีบรูขุมขนภายในเหล่านั้นให้ปิด ปรับปรุงความเหนียวและความสมบูรณ์ของแรงกดได้อย่างมาก มันเพิ่มต้นทุน แต่สำหรับส่วนประกอบน้ำมันและก๊าซ มันเป็นตั๋วสู่การรับรอง

เส้นทางการตีขึ้นรูป: การตีด้วยผงและซอกของมัน

จากนั้นก็มีการตีแป้ง คุณสร้างผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้นโดยการอัดแบบธรรมดา จากนั้นนำผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้นที่มีการเผาผนึก (หรือบางครั้งก็ไม่มีการเผา) แล้วหลอมร้อนในแม่พิมพ์แบบปิด ทำให้ได้ความหนาแน่นเต็มที่และคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม ใกล้เคียงกับการตีขึ้นรูป ผลผลิตวัสดุเป็นเลิศ เป็นที่นิยมสำหรับส่วนประกอบยานยนต์ที่มีความเครียดสูง เช่น ก้านสูบ

แต่ต้นทุนเครื่องมือมีนัยสำคัญ และคุณต้องมีปริมาณจึงจะเหมาะสม การจัดการระบายความร้อนเป็นเรื่องยาก โดยจะต้องทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้นมีอุณหภูมิที่เหมาะสมอย่างสม่ำเสมอสำหรับการตีขึ้นรูปโดยไม่มีตะกรันหรือการแยกคาร์บอนออก ฉันเคยเห็นการทดลองที่การออกแบบพรีฟอร์มที่ไม่เหมาะสมทำให้เกิดการพับขึ้นรูป (รอบ) ซึ่งเป็นข้อบกพร่องที่ร้ายแรงในชิ้นส่วนไดนามิก เป็นโลหะวิทยาชนิดผงที่ทรงพลัง แต่ต้องอาศัยความเคารพในงานฝีมือการตีพอๆ กับวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับผง

การผลิตสารเติมแต่ง: ขอบเขตใหม่ในครอบครัว

คุณไม่สามารถพูดถึงประเภทต่างๆ ในปัจจุบันได้โดยไม่ต้องสัมผัสกับการผลิตแบบเติมเนื้อหรือ แป้งเบดฟิวชั่น. การหลอมด้วยเลเซอร์แบบเลือกสรร (SLM), การหลอมด้วยลำแสงอิเล็กตรอน (EBM) นี่คือโลหะวิทยาแบบผงในความหมายที่แท้จริงที่สุด นั่นคือ การสร้างชิ้นส่วนทีละชั้นโดยการหลอมผงให้หมดด้วยแหล่งพลังงานที่มุ่งเน้น ความหนาแน่นสามารถเป็น 99.9%+ หากหมุนพารามิเตอร์

อิสรภาพคือการปฏิวัติ แต่การตกแต่งพื้นผิวและความเครียดภายในคือสิ่งที่ต้องแลกมา พื้นผิวตามที่พิมพ์มีลักษณะความหยาบจากอนุภาคผงที่ละลายบางส่วน ซึ่งส่งผลเสียอย่างมากต่อความล้าหากปล่อยทิ้งไว้โดยไม่ได้รับการรักษา และความเครียดตกค้างจากการทำความร้อนและความเย็นอย่างรวดเร็วจำเป็นต้องอาศัยการบรรเทาความเครียดหรือรอบการกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อน เราประเมินว่าเป็นการออกแบบใบพัดปริมาณต่ำแบบกำหนดเองที่ Qingdao Qiangsenyuan รูปทรงเรขาคณิตนั้นสมบูรณ์แบบสำหรับมัน แต่เพื่อความสมบูรณ์ของพื้นผิวที่ต้องการและราคาต่อชิ้นส่วนตามปริมาณของเรา ในที่สุดเราก็ลงทุนหล่อเพื่อดำเนินการต้นแบบ AM เป็นเครื่องมือที่สมบูรณ์แบบ แต่สำหรับงานเฉพาะนั้น มันไม่ใช่เครื่องมือที่เหมาะสม นั่นคือความแตกต่างที่สำคัญ

จุดที่ถนนโลหะผสมหล่อและผงตัดกัน

นี่นำฉันไปสู่แทนเจนต์ที่เกี่ยวข้อง ณ ชิงเต่า Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY)ด้วยทศวรรษที่ผ่านมาในด้านการคัดเลือกนักแสดงและการลงทุน บทสนทนามักจะหันไปเรื่องประสิทธิภาพของวัสดุ เมื่อลูกค้าต้องการชิ้นส่วนในซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักสำหรับการบริการที่อุณหภูมิสูง ทางเลือกระหว่างการหล่อแบบลงทุนกับเส้นทางโลหะวิทยาแบบผงเช่น HIP จะกลายมาเป็นหัวใจสำคัญ การหล่อสามารถรองรับรูปร่างขนาดใหญ่และซับซ้อนได้อย่างสวยงาม แต่โครงสร้างของเกรนและโอกาสในการเกิดรูพรุนขนาดเล็กนั้นมีข้อจำกัด Powder HIPing ช่วยให้คุณมีโครงสร้างจุลภาคที่ละเอียดและสม่ำเสมอ โดยพื้นฐานแล้วมีคุณสมบัติไอโซโทรปิก การตัดสินใจขึ้นอยู่กับขนาด ความซับซ้อน ข้อกำหนดด้านทรัพย์สิน และขนาดแปลง บางครั้ง ทางออกที่ดีที่สุดคือแบบไฮบริด: ใช้ผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้นแบบหล่อ จากนั้นจึงเคลือบด้วยผงด้วยสเปรย์ความร้อนเพื่อต้านทานการสึกหรอ มันไม่ได้เกี่ยวกับการเป็นคนที่ดีขึ้น มันเกี่ยวกับการผสมผสานกระบวนการที่เหมาะสม

ปัจจัยที่ถูกมองข้าม: ตัวแป้งเอง

ทุกประเภทเหล่านี้ขึ้นอยู่กับวัสดุตั้งต้น: ผง กระบวนการอิเล็กโทรดแบบหมุนด้วยพลาสมา (PREP) ที่ทำให้เป็นอะตอมแก๊ส, การทำให้เป็นอะตอมน้ำ, วิธีการผลิตจะกำหนดรูปร่างของอนุภาค การกระจายขนาด และโครงสร้างจุลภาคภายใน สำหรับ MIM คุณต้องการอนุภาคทรงกลมที่ละเอียดเพื่อการไหลและการบรรจุที่ดี สำหรับการอัดแบบธรรมดา อนุภาคที่แยกเป็นอะตอมของน้ำไม่สม่ำเสมอจะประสานกันได้ดีขึ้นเพื่อความแข็งแรงของสีเขียว หากคุณกำลังทำงานกับโลหะผสมที่เกิดปฏิกิริยา เช่น ไทเทเนียมหรือโลหะผสมพิเศษตามรายการ QSY (ที่มีโคบอลต์ มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก) การจัดการผงภายใต้บรรยากาศเฉื่อยนั้นไม่สามารถต่อรองได้ กระบะออกซิเจนเป็นตัวทำลายความเหนียวแบบเงียบๆ

ฉันได้เรียนรู้สิ่งนี้อย่างยากลำบากตั้งแต่เนิ่นๆ ชุดผงสเตนเลส 316L สำหรับ MIM มีปริมาณความชื้นสูงกว่าข้อมูลจำเพาะเล็กน้อย มันทำให้เกิดการแยกตัวของสารยึดเกาะและผงระหว่างการขึ้นรูป ทำให้เกิดช่องว่างที่ปรากฏขึ้นเฉพาะหลังจากการเผาผนึกเท่านั้น ทั้งชุดเป็นเศษเหล็ก แป้งเป็นรองพื้น ข้อบกพร่องที่นั่นไม่สามารถแก้ไขได้ที่ปลายน้ำ

ดังนั้น เมื่อฉันคิดถึง 'ประเภทของผงโลหะวิทยา' ฉันกำลังคิดถึงแผนผังการตัดสินใจจริงๆ เริ่มต้นด้วยฟังก์ชันของชิ้นส่วน ข้อกำหนดคุณสมบัติ รูปทรง และต้นทุนที่ยอมรับได้ เส้นทางนั้นจะนำคุณไปสู่ผงแป้งที่เหมาะสมและวิธีการรวมตัวที่ถูกต้อง มันไม่ใช่แค่รายการตัวเลือกเท่านั้น มันเป็นชุดของการแลกเปลี่ยนทางเทคนิคและเศรษฐกิจ โดยมีผีแห่งความพรุนซ่อนอยู่เบื้องหลังทุกทางเลือก เป้าหมายคือการเลือกกระบวนการที่ทำให้ผีนั้นหายไป หรืออย่างน้อยก็ทำให้มันไม่เป็นอันตรายต่อชีวิตที่ตั้งใจไว้ของชิ้นส่วนนั้น