La produzione tradizionale di nastri inizia con grandi lingotti o bramme spesse che vengono sottoposte a diverse fasi come la laminazione a caldo, la laminazione a freddo e la ricottura. Questo approccio convenzionale richiede attrezzature di grandi dimensioni, consuma molta energia e comporta elevati costi di lavorazione e perdite di metallo.
Laminazione a polvere, una processo di metallurgia delle polveri, offre un'alternativa più efficiente. Utilizza polvere di metallo o lega come materiale di partenza, alimentandola in un laminatoio per produrre sottili strisce verdi. Queste strisce vengono poi densificate attraverso sinterizzazione, seguita da laminazione e ricottura. Con meno passaggi e meno spreco di materiale, la laminazione a polvere fornisce nastri metallici ad alta densità con prestazioni affidabili e risparmi sui costi.
Contenuti
Evoluzione della tecnologia di laminazione a polvere
Nel 1843, Henry Bessemer sperimentò l'uso della laminazione a polvere per produrre strisce di rame da polvere di rame. Successivamente, il processo iniziò a essere studiato e utilizzato in diversi modi. Questo processo si è rivelato più pratico ed economico, con costi inferiori rispetto ai metodi tradizionali, come quelli esteri. In Cina, la ricerca sulla formatura mediante laminazione a polvere è iniziata negli anni '1960 e da allora ha continuato a svilupparsi.
Processo di laminazione a polvere
Il processo di laminazione a polvere è suddiviso in tre tipologie a seconda della direzione di laminazione, tra cui:
- Rotolamento orizzontale
- Rotolamento verticale
- Slop Rolling
Qui spiegheremo il processo di laminazione verticale, quello più comunemente utilizzato.
Alimentazione della polvere
Nella prima fase della laminazione a polvere, la polvere metallica fine e irregolare viene immagazzinata in una tramoggia di alimentazione.
Questa polvere poi scorre verso il basso nella fessura del rullo per effetto della forza di gravità.
Ingresso della polvere nel rullo di contatto
La polvere di lega metallica entra nella zona di contatto del rullo e viene aspirata per effetto della gravità e dell'attrito tra la polvere e la superficie del rullo. L'attrito e la gravità combinati creano un'azione di pompaggio che favorisce il passaggio della polvere.
Compattazione a rulli
Quando la polvere passa attraverso la fessura del rullo, viene compattata ad alta pressione. Questa è la fase principale della laminazione, in cui la polvere sciolta viene compressa in una striscia verde con resistenza e coerenza iniziali.
Formazione di strisce
La fase finale è simile alla laminazione convenzionale dei metalli, in cui la polvere compressa forma una striscia verde solida e coerente.
sinterizzazione
La striscia verde viene sinterizzata in un'atmosfera adatta, come gas inerte o vuoto. Questo processo di sinterizzazione aumenta la densità, la resistenza e la duttilità. Non solo, ma se si utilizza polvere mista di più metalli, la sinterizzazione contribuisce anche a omogeneizzare la struttura.
Post trattamento
Infine, dopo la sinterizzazione, la striscia può essere sottoposta a ulteriori passaggi di laminazione a freddo o a caldo. Questi vengono eseguiti per ridurre lo spessore, migliorare la densità e perfezionare le proprietà meccaniche.
Fattori che influenzano il processo di laminazione della polvere
Ecco i fattori che possono influenzare l'efficienza del processo di laminazione a polvere nella produzione di lamiere:
Caratteristiche fisiche della polvere
Alcune delle proprietà più importanti dei materiali in polvere che hanno un impatto diretto sulle lastre e sul modo in cui la polvere si compatta e si deforma durante l'intero processo. Queste proprietà includono:
- Forma della particella
- Dimensione della particella
- La densità apparente della polvere
- Capacità di flusso
- Durezza
- Capacità della polvere di comprimersi.
Velocità di rotazione
Velocità di laminazione inferiori determinano una maggiore densità della striscia verde. Ad esempio, una velocità di laminazione di 0.366 giri/min ha portato a una densità della striscia pari al 90% dell'alluminio fuso, mentre una velocità superiore di 0.73 giri/min ha ridotto la densità al 79.6%.
Spazio di rollio
La fessura tra i rulli influisce direttamente sulla densità e sullo spessore della striscia. Riducendo la fessura si possono ottenere strisce più sottili e dense, ma se è troppo piccola, si possono verificare crepe sui bordi. Nella maggior parte dei casi, lo spessore massimo della striscia è limitato a circa l'1% - 1.5% del diametro del rullo.
Temperatura di sinterizzazione
La temperatura di sinterizzazione ha un impatto diretto sulla morbidezza e sulla duttilità delle strisce. Ad esempio, aumentare la temperatura di sinterizzazione rende la striscia di alluminio più morbida e duttile.
Tempo di sinterizzazione
Anche la durata della sinterizzazione gioca un ruolo nel determinare la microstruttura finale e le proprietà meccaniche della striscia.
Applicazioni della laminazione a polvere
Compositi multistrato
La laminazione a polvere viene utilizzata per produrre lamiere multistrato combinando diverse polveri metalliche. L'utilizzo di questi compositi per la produzione di lamiere offre maggiore resistenza, resistenza alla corrosione e migliori prestazioni termiche. Queste lamiere sono considerate ideali per ambienti ad alto stress.
Filtro poroso
La laminazione a polvere metallica viene utilizzata anche nella produzione di parti metalliche con porosità controllata, utili per la filtrazione di gas o liquidi in vari settori industriali. Come
- Piastre in bronzo sinterizzato: Vengono solitamente utilizzati nei sistemi di lubrificazione.
- Lamiere metalliche porose: Vengono utilizzati nei sistemi di filtrazione dell'aria o dei fluidi.
Elettronica e prodotti elettrici
Le sottili lamiere realizzate mediante laminazione a polvere vengono utilizzate in molti dispositivi elettronici e sistemi elettrici, ad esempio nei connettori.
Materiali a base di titanio
Il DPR viene utilizzato anche per produrre sottili fogli e lastre di titanio e sue leghe. Questi fogli sono altamente resistenti alla corrosione e progettati per funzionare in condizioni difficili. Di conseguenza, sono considerati essenziali per la produzione di jet militari, auto di lusso e altri veicoli avanzati.
Vantaggi del Powder Rolling
Investimenti di capitale inferiori
Uno dei vantaggi più notevoli della laminazione a polvere è che richiede meno costi per le attrezzature rispetto ai metodi convenzionali come la fusione e la forgiatura.
Elevata flessibilità e versatilità
Il processo di laminazione a polvere supporta la produzione di fogli multistrato come Ti-6Al-4V/TiAl/Ti-6Al-4V e consente una prototipazione rapida.
Flusso di processo semplificato
La laminazione a polvere è un processo semplice e prevede meno fasi di lavorazione rispetto alle tecniche tradizionali.
Materie prime convenienti
Utilizza polveri convenienti, riducendo i costi complessivi di produzione.
Controllo preciso della composizione
Un altro fattore che rende questo processo interessante è che consente una personalizzazione accurata del contenuto di lega e l'uso di metalli ultra puri.
Limitazioni del processo di laminazione a polvere
Estremità fragili delle strisce
Uno dei limiti del Powder Rolling è che le estremità delle strisce sono spesso deboli e possono rompersi facilmente.
Densità irregolare
Nella laminazione a polvere, le strisce o i fogli potrebbero non avere la stessa densità, il che ne compromette la resistenza e la qualità.
Per strisce sottili sono necessari rotoli grandi
Per produrre strisce molto sottili sono necessari rotoli più grandi, il che aumenta le dimensioni e i costi delle attrezzature.
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