Процесс порошковой металлургии признан зеленым методом производства, который использует металлический порошок в качестве сырья для формирования зеленых деталей путем прессования под высоким давлением, за которым следует спекание для сплавления частиц порошка. Это отличный метод для производства структурных деталей на высоких скоростях и с жесткими допусками.
Содержание:
Этапы процесса порошковой металлургии
Процесс порошковой металлургии в основном включает производство порошка, смешивание, прессование и спекание.
Порошковое производство
Производство порошка является первым шагом в ПМ. Не будет преувеличением сказать, что характеристики порошков определяют качество конечных компонентов. Среди различных методов производства порошка наиболее часто используются процесс распыления, восстановление и химическое разложение.
Смешивание и смешивание
Смешивание и смешивание относится к смешиванию металлического порошка со смазочными материалами или другими легирующими элементами для получения однородной смеси.
Порошки включают смешанные порошки и предварительно легированные порошки.
Предварительно легированные порошки производятся путем добавления компонентов сплава к расплавленному металлу при воспроизведении частиц порошка. Плюсы предварительно легированных порошков — их однородная микроструктура и механические свойства, но минусы — повышенная твердость и плохая сжимаемость.
Смешанный порошок обычно относится к смеси железного порошка, медного порошка, углеродного порошка и связующего вещества. Недостатком является то, что его трудно равномерно смешать, но преимуществом является то, что легко изготавливать плотные заготовки. Эффекты добавления смазочных веществ следующие:
- Улучшить текучесть порошка. Это помогает сократить время заполнения полости формы и сделать плотность зеленого порошка более равномерной.
- Увеличить плотность и сжимаемость порошка.
- Это помогает уменьшить трение между порошком и формой и сократить потери формы.
Прессование
Уплотнение порошка это процесс формования, при котором металлический порошок засыпается в полость формы с помощью порошковой коробки, а затем прессуется в форму с помощью пресса для порошковой металлургии. Полученный продукт называется «зеленый компакт».
Существует несколько основных методов уплотнения:
Уплотнение одним действием: в этом процессе верхний пуансон оказывает давление, а нижний пуансон и матрица не двигаются. Этот метод легко приводит к получению продукта с высокой плотностью вверху и низкой плотностью внизу. Подходит только для более тонких компонентов. Этот пресс дешевый.
Двойное прессование: В процессе формования верхний и нижний пуансоны прессуют порошок одновременно. Это приводит к однородной плотности зеленого цвета
Плавающий штамп: при использовании этого метода верхние пуансоны нажимают вниз, нижний пуансон не двигается, а штамп опускается на половину хода верхнего пуансона.
Первые два метода используют технику извлечения, когда пуансон, направленный вниз, выталкивает заготовку. В последнем методе штамп продолжает опускаться, обнажая заготовку в верхней части штампа.
Спекание
Зеленый компакт такой же крепкий, как мел, поэтому вам нужно процесс спекания для повышения его механической прочности.
Предварительное спекание
Упомянутые ранее смазочные и связующие вещества способствуют течению и формованию порошка. Однако их необходимо удалить перед высокотемпературным процессом спекания, поскольку они препятствуют связыванию и уплотнению порошков. Обычно предварительное спекание проводится при температуре от 500 до 900 градусов по Цельсию в течение 30–45 минут, в течение которых эти смазочные и связующие вещества испаряются в газ. Важно нагревать постепенно, так как слишком быстрый нагрев может привести к дефектам, таким как пузыри, разрывы или трещины.
Спекание
Спекание происходит при диффузии и склеивании металлических частиц при температурах ниже их температуры плавления, обычно от 80% до 90% от температуры плавления. Процесс включает в себя три стадии.
Начальная стадия (формирование шеи)
Когда сырая прессовка нагревается до температуры спекания, атомы начинают диффундировать в точках контакта между частицами, образуя поверхностные контакты (также известные как шейки).
Промежуточная стадия (уплотнение)
С увеличением времени спекания диффузия становится более выраженной. Атомы диффундируют через объем и кристаллы. Шейки становятся больше, а расстояние между атомами уменьшается. В результате продукт становится менее пористым и более плотным. Этот этап имеет важное значение для повышения механической прочности готового продукта.
Финальная стадия (закрытие пор и рост роста)
На заключительном этапе спекания взаимосвязанные поры становятся изолированными порами. Газ удерживается внутри пор, но может медленно выходить. Из-за сопротивления сжатого газа его трудно уплотнить. Это также приводит к быстрому росту структуры усиления. На этом этапе необходимо сбалансировать уплотнение и рост усиления, чтобы избежать ухудшения механических свойств спеченных деталей.
Усадка компонентов на начальном и конечном этапах спекания минимальна, обычно около 2–3%. Большинство явлений спекания, включая значительное уплотнение и сцепление, происходят на промежуточном этапе.
Охлаждение
Охлаждение — это постепенное понижение температуры заготовки от высокой температуры спекания до комнатной, что занимает около 2 часов.
Охлаждение не только помогает устранить термические напряжения, но и предотвращает дефекты, вызванные слишком быстрым охлаждением.
Температура и атмосфера
Основными функциями атмосферы спекания являются:
- Не допускайте попадания наружного воздуха в печь для спекания и окисления продукта.
- Помогает выжечь смазочные материалы и связующие вещества в заготовке
- Уменьшение оксидного слоя на поверхности изделия
- Контроль содержания углерода в продукте
- Атмосфера спекания влияет на механическую прочность, внешний вид и себестоимость продукции.
Обычные атмосферы спекания включают в себя:
- Водород
- Разложившийся аммиак
- вакуум
- Азот
- аргон
Приведенные ниже температуры спекания металлов, наиболее часто используемых на практике, основаны на нашем производственном опыте.
| Материалы | Температура (℃) |
|---|---|
| на основе железа | 1120 |
| на основе меди | 820 |
| Нержавеющая сталь | 1250 |
| На основе железа и меди | 1120 |
Вторичные операции
Вторичные операции являются дополнительными процессами, выполняемыми на деталях из порошкового металла после основных этапов процесса порошковой металлургии. Они могут улучшить точность размеров и качество поверхности.
Обработка CNC
Хотя порошковая металлургия позволяет получать изделия сложной формы, изготовление деталей с поперечными отверстиями, глухими отверстиями или резьбой представляет собой чрезвычайно сложную задачу. Кроме того, детали, изготовленные методом порошковой металлургии, часто требуют механической обработки для повышения шероховатости поверхности и точности размеров. процессы обработки деталей из порошковой металлургиик ним относятся точение, сверление, фрезерование, шлифование, нарезание резьбы.
Калибровка
Калибровка восстанавливает внутренний диаметр, внешний диаметр, плоскостность и другие размеры спеченной детали до правильного размера. Во время калибровки спеченные детали помещаются в пресс-форму, и применяется давление для исправления любых отклонений размеров, которые возникают во время спекания, таких как усадка или коробление.
Например, в изделии диаметром 25 мм калибровка позволяет улучшить допуск с IT8-IT9 до IT6-IT7. Калибровка помогает поддерживать строгие допуски размеров и улучшает качество поверхности изделия. Кроме того, калибровка может герметизировать поверхностные поры подшипников, пропитанных маслом.
Смола Пропитка
Изделия PM содержат много пор, что не идеально для сред с высоким давлением. Хотя инфильтрация меди может заполнить эти поры, это более затратно. Пропитка смолой является более экономичной альтернативой. Обычно смола пропитывается в поры деталей с использованием высокого давления или вакуума.
Масляная пропитка
Когда подшипник работает, смазочное масло обычно добавляется для уменьшения трения. Однако для некоторых подшипников, к которым трудно получить доступ, неудобно добавлять смазочное масло. Вот где нужны подшипники, пропитанные маслом. процесс пропитки маслом похож на пропитку смолой, поэтому я не буду здесь вдаваться в подробности.
Проникновение меди
Медная инфильтрация это процесс, используемый для улучшения механических свойств спеченных структурных деталей, как правило, на основе железа. В ходе этого процесса медь расплавляется и втягивается в поры пористых металлических деталей капиллярным действием, улучшая прочность и плотность.
Медная инфильтрация улучшает плотность, прочность, твердость и износостойкость спеченных деталей.
Галтовка и пескоструйная обработка
В процессе прессования из-за зазоров между верхним пуансоном, нижним пуансоном, стержнем сердечника и матрицей после заполнения порошком легко образуются заусенцы.
Для удаления этих заусенцев можно использовать барабанную обработку и пескоструйную обработку. При барабанной обработке заготовка ударяется о керамическую шлифовальную деталь, а трение происходит за счет вибрационной шлифовальной машины. Это уменьшает заусенцы и улучшает качество поверхности.
Пескоструйная обработка — это процесс воздействия на поверхность изделия абразивной средой, такой как песок, оксид алюминия или карбид кремния. Этот процесс осуществляется в закрытой среде. Иногда сначала выполняется пескоструйная обработка, а затем барабанная обработка, чтобы добиться поверхности без заусенцев.
гальванопокрытие
Гальванопокрытие — это процесс отделки поверхности, который использует электрический ток для осаждения тонкого слоя металла из электролита на спеченный компонент. Этот процесс улучшает поверхностные свойства компонентов ПМ, повышая коррозионную стойкость, износостойкость и электропроводность.
Материалы порошковой металлургии
Железный порошок
Железный порошок обладает хорошей прочностью, магнитными свойствами и стоит недорого. Большинство деталей конструкций изготавливается из материалов на основе железа.
Порошок из нержавеющей стали
Нержавеющая сталь обладает превосходной коррозионной стойкостью благодаря содержанию хрома более 10%. Она также обеспечивает надежную прочность, твердость и магнитные свойства. Распространенные нержавеющие стали включают серии 300, 400 и 17-4PH.
Медный порошок
Медь, включая бронзу и латунь, обладает благоприятной электро- и теплопроводностью, что делает ее идеальной для электронных компонентов. Медь подходит в качестве подложки для самосмазывающиеся подшипники а также может улучшить плотность и прочность деталей на основе железа посредством процесса инфильтрации меди.
Порошок из алюминиевых сплавов
Алюминиевые сплавы подходят для изготовления легких конструкционных деталей.
Порошок титановых сплавов
Титановые сплавы, такие как Ti-6Al-4V и Ti-6Al-5Nb, обладают повышенной прочностью, превосходной коррозионной стойкостью и хорошей биосовместимостью. Они имеют широкий спектр применения, включая аэрокосмическую, медицинскую и автомобильную отрасли.
Суперсплавы на основе никеля
Суперсплавы на основе никеля, такие как Inconel® 718, известны своей превосходной стойкостью к окислению, прочностью при высоких температурах, коррозионной стойкостью, а также сильным сопротивлением ползучести. Они в основном используются в аэрокосмической, автомобильной и химической промышленности.
Инструменты для порошковой металлургии
Инструменты для порошковой металлургии включает в себя верхний и нижний пуансоны, матрицу и стержень сердечника.
Верхние и нижние пуансоны
Пуансоны отвечают за прессование металлического порошка. Количество пуансонов зависит от формы изделия. Пуансоны в основном изготавливаются из инструментальной стали, такой как M2 и A2 (стандарт AISI) или SKD11 (стандарт JIS).
Умереть
Матрица — это место, где формируется металлический порошок, и она должна выдерживать осевое давление и боковое давление, оказываемое порошком. Поэтому матрица в основном изготавливается из CPM10V, ASP-60 или C11.
Основной стержень
Стержень сердечника служит для создания внутренних элементов изделия.
Поскольку стержень сердечника длинный и легко ломается при извлечении из формы, он изготовлен из инструментальной стали с повышенной прочностью на разрыв.
Применение порошковой металлургии
Порошковая металлургия имеет широкий спектр применения, включая автомобили, мотоциклы, медицинские приборы, авиакосмическую промышленность, фильтры и бытовую технику.
Автомобильная
Производство автомобилей является важным рынком для порошковой металлургии. В автомобилях используется более 1,000 компонентов из порошкового металла.
- Компоненты двигателя:
- Зубчатые передачи
- Звездочки распределительного вала
- Направляющие клапанов
- Роторы масляного насоса
- Шестерни масляного насоса
- Шатуны
- Компоненты трансмиссии:
- Синхронизаторы-концентраторы
- Водила планетарных передач
- Пластины сцепления
- Вилки переключения передач
- Кольца датчиков ABS
- Фланцы выпускного коллектора
Медицинские применения
Литье металла под давлением — это особый процесс порошковой металлургии. Он позволяет производить небольшие, высокоточные и биосовместимые изделия.
Примерами являются металлические ортодонтические скобы, ортопедические имплантаты, медицинские приборы и хирургические инструменты.
Аэрокосмическая индустрия
Инженеры аэрокосмической отрасли отдают предпочтение легким, термостойким и механически прочным деталям. Потому что это не только обеспечивает безопасность самолета в суровых условиях эксплуатации, но и снижает расход топлива.
Порошковая металлургия позволяет изготавливать такие превосходные по эксплуатационным характеристикам изделия, как лопатки компрессоров, диски турбин и вкладыши камер сгорания.
Мотоциклы
Хотя на мотоциклах не так много деталей из порошкового металла, как на автомобилях, их все равно много, в том числе
- Детали амортизатора
- Подшипники
- Регулятор распредвала
- Спеченные тормозные колодки
- Шкив ГРМ
- Направляющая клапана мотоцикла
Инструменты
Вы также видите применение ПМ в инструментах. Некоторые шестерни в электроинструментах, втулки могут быть изготовлены ПМ.
Кроме того, алмазные инструменты для шлифования, резки или сверления часто изготавливаются с использованием ПМ. Алмазные частицы внедряются в металлическую матрицу, созданную ПМ.
Спеченный фильтр
Поскольку детали из порошкового металла имеют множество внутренних пор, это идеальный процесс для производства спеченные пористые фильтры. Спеченные фильтры имеют широкий спектр применения, включая, помимо прочего, фильтрацию воды, фильтрацию нефти и газа, снижение шума и диффузию кислорода.
Преимущества и недостатки порошковой металлургии
Выбирая отрасль порошковой металлургии, лучше взвесить ее преимущества и недостатки, такие как стоимость, допуски и производственные мощности.
Наши преимущества
- Почти чистая форма
Процесс порошковой металлургии — это процесс, близкий к получению готовой формы, что означает высокую степень использования материала и меньшую вторичную обработку.
- Материалы
Некоторые металлы с высокой температурой плавления и твердые металлы трудно поддаются обработке, но PM преодолевает эту проблему. Широкий спектр материалов, включая черные и цветные металлы, подходит для порошковой металлургии
- Сложные формы
Порошковая металлургия позволяет изготавливать детали сложной формы, например, с тонкими стенками, различной высотой ступеней, а также с угловыми элементами. Эти характеристики трудно получить с помощью ковки и штамповки.
- Жесткая терпимость
PM может достичь строгих допусков размеров. Обычно приемлемо отклонение в пределах ±0.05 мм.
- Массовое производство
Процесс порошковой металлургии, включая прессование и спекание, может быть в высокой степени автоматизирован, что позволяет быстро производить большие объемы с минимальным вмешательством человека. Непрерывные спекательные печи, такие как конвейерные печи, созданы для непрерывной работы, что повышает производительность и эффективность.
- Последовательность партии
Различия между партиями порошковых металлических деталей минимальны. Постоянство между партиями важно для стабильной и надежной работы продукции.
- Green Manufacturing
Процесс порошковой металлургии признан экологически чистым производственным процессом для следующих видов продукции:
Порошковая металлургия производит очень мало отходов и, как правило, потребляет меньше энергии, чем такие процессы, как литье или ковка, благодаря более низким температурам обработки и меньшему количеству этапов.
Кроме того, при порошковой металлургии образуется меньше вредных сточных вод и газов по сравнению с традиционными производственными процессами, такими как литье и механическая обработка.
Недостатки бонуса без депозита
- Размер и форма
Из-за ограничений прессов для порошковой металлургии порошковая металлургия не подходит для производства очень крупных деталей.
- Плотность
Порошковая металлургия не позволяет изготавливать изделия полной плотности, плотность обычно не превышает 95%.
- Инструменты и оборудование
Как мы все знаем, формы для порошковой металлургии очень точны, а такие материалы, как карбид вольфрама, используемые в этих формах, довольно дороги, что приводит к существенным затратам на формы. Кроме того, процесс порошковой металлургии требует большего количества оборудования, что увеличивает первоначальные инвестиции.
- Чистота поверхности
В отличие от других заготовок, детали из порошкового металла имеют внутри много пор. Поэтому поры необходимо заполнить перед процессом гальванопокрытия. Это увеличит себестоимость продукции.
Масштаб китайского рынка порошковой металлургии вырос с 1.9 млрд долларов США в 2017 году до 2.35 млрд долларов США в 2021 году. Китайская технология порошковой металлургии хорошо развита, а ее продукция отличается неизменно высоким качеством. Эта продукция уже много лет обслуживает европейскую и американскую автомобильную промышленность. Более того, цены весьма конкурентоспособны.
BLUE — сертифицированный по стандарту ISO 9001:2015 производитель в Китае, предлагающий полный спектр детали порошковой металлургииМы поставляем стандартные компоненты без платы за инструментальную оснастку, включая структурные детали, спеченные втулки, детали MIM и спеченные керамические детали.
Приглашаем вас изучить наш КУПИТЬ для сравнения и выбора доступных деталей. Если ваши характеристики отсутствуют в списке, мы также предоставим индивидуальные услуги порошковой металлургии с учетом ваших потребностей.
Свяжитесь с нами сегодня, чтобы начать работу со стандартными или индивидуальными деталями ПМ!
FAQ
Можете ли вы объяснить преимущества порошковой металлургии по сравнению с другими методами обработки металлов давлением?
По сравнению с традиционными процессами производства металлов, такими как литье и механическая обработка, порошковая металлургия предлагает ряд явных преимуществ:
Высокое использование материала:
По сравнению с литьем или механической обработкой, которые часто приводят к значительным отходам материала, процессы порошковой металлургии обеспечивают высокий коэффициент использования материала, превышающий 95%.
Форма, близкая к чистой:
Методы порошковой металлургии позволяют получать детали с формами, близкими к заданным, изготавливая их на одном прессе. Это не только сокращает объем последующей вторичной обработки, но и сокращает время производства.
Экономичное и эффективное массовое производство:
Производственные линии порошковой металлургии отличаются высокой степенью автоматизации: порошковые прессы способны производить 20–30 деталей в минуту. Поскольку порошковая металлургия производит минимальное количество отходов, порошковая металлургия обеспечивает значительные ценовые преимущества при крупносерийном производстве.
Гибкий дизайн:
Порошковая металлургия использует в качестве сырья металлический порошок, что позволяет инженерам добавлять легирующие элементы в зависимости от характеристик продукта.
Устойчивость:
Технология порошковой металлургии признана экологически чистым производственным процессом из-за высокой степени использования материалов и низкого потребления энергии.