Плотность обычных порошковых деталей на основе железа обычно составляет 7.0 г/см³. Как повысить плотность порошковых деталей? Существует несколько способов:
Горячее прессование является экономически эффективным способом увеличения плотности спеченных деталей до 7.4 г/см³.
Если использовать вторичное прессование и спекание, можно увеличить плотность детали порошковой металлургии до 7.2–7.6 г/см³, хотя это увеличивает стоимость примерно на 70%. При использовании медной инфильтрации можно достичь плотности 7.2–7.6 г/см³, сохраняя при этом рост стоимости примерно на 35%. Порошковая ковка позволяет достичь еще более высокой плотности 7.6–7.8 г/см³, но это может примерно удвоить ваши затраты.
Содержание:
История теплого уплотнения
Горячее прессование — это метод порошковой металлургии, коммерциализированный в 1990-х годах для достижения более высокой плотности в сыром виде по сравнению с традиционным прессованием. Нагрев порошка или инструмента улучшает прессуемость и прочность готовой детали. Метод горячего прессования, первоначально разработанный такими компаниями, как Hoeganaes, с использованием порошков Ancordense™, стал популярным в автомобильной промышленности для изготовления конструкционных деталей, таких как шестерни и компоненты клапанов изменения фаз газораспределения (VVT).
Процесс теплого прессования
Смешивание
В процессе смешивания металлические порошки, такие как железо, сталь или медь, смешиваются со смазочными и связующими веществами для достижения однородной композиции. Смазочные вещества помогают снизить трение во время прессования и облегчают извлечение прессованной заготовки из пресс-формы.
Система отопления
Для подачи порошка используются специальные воронки для хранения порошка, трубки подачи порошка и порошковые ящики, которые нагреваются до 130 °C. Необходимо контролировать колебания температуры в пределах ±2.5 °C.
При температуре выше 130 °C ухудшаются текучесть и насыпная плотность порошка. Верхний пуансон обычно нагревается ленточным резистивным нагревателем, а средний — трубчатым нагревателем до температуры около 150 °C. Нижний пуансон и стержень пресс-формы, как правило, не требуют нагрева.
Прессование
Теплый порошок загружается в нагретую полость пресс-формы и прессуется под высоким давлением, обычно от 400 до 800 МПа. Высокая температура способствует перераспределению частиц порошка и их небольшой пластической деформации, в результате чего получается прессованная заготовка, более плотная и прочная, чем при холодном прессовании.
Для деталей на основе железа плотность прессованных в сыром виде прессованных в горячем состоянии прессовок обычно составляет около 7.3 г/см³, что выше, чем у обычных прессованных в холодном состоянии прессовок.
Спекание
Наконец, сырая прессовка спекается. Она нагревается до высоких температур в печи для спекания, обычно 1120–1150 °C для материалов на основе железа. В процессе процесс спеканияМеталлические частицы связываются металлургически, что значительно повышает механическую прочность и снижает пористость. После спекания могут потребоваться дополнительные процессы, такие как калибровка, термическая обработка, финишная обработка поверхности или механическая обработка, для соответствия окончательным размерам и эксплуатационным характеристикам.
Как работает теплое уплотнение
Нагревание порошковой смеси повышает эффективность смазки, снижая трение как между самими частицами, так и между ними и стенкой пресс-формы. Снижение внутреннего трения позволяет зернам порошка легче перестраиваться, а уменьшение сопротивления стенкам пресс-формы способствует равномерному распределению силы прессования и повышению плотности.
Более того, повышение температуры также улучшает пластическую деформируемость металлического порошка. Синергия этих эффектов приводит к увеличению конечной плотности неспеченного материала.
Преимущества теплого прессования
Бюджетный
Горячее прессование — это малозатратная технология получения высокопроизводительных деталей методом порошковой металлургии железа.
Увеличение плотности
Плотность деталей из железа, полученных методом порошковой металлургии методом горячего прессования, обычно достигает 7.2–7.6 г/см³. Это на 0.15–0.3 г/см³ выше, чем при традиционном однократном прессовании и спекании.
Увеличить силу
По сравнению с традиционными методами порошковой металлургии усталостная прочность деталей, изготовленных методом горячего прессования, может быть повышена на 10–40%, а предел прочности на растяжение – на 10%. При горячем прессовании, спекании и последующем умеренном повторном прессовании усталостные свойства деталей из порошкового металла эквивалентны свойствам изделий, изготовленных методом горячей штамповки.
Уменьшить усилие извлечения из формы
При использовании процесса горячего прессования усилие извлечения из формы уменьшается примерно на 30%.
Равномерная плотность
Детали зубчатых передач, изготовленные методом горячего прессования. Разница плотностей между зубом и основанием зуба на 0.1–0.2 г/см³ ниже, чем при обычном прессовании.
Применение теплого прессования
Ступица турбины
При использовании метода горячего прессования плотность ступицы турбины может достигать более 7.25 г/см³. Прочность на разрыв ступицы турбины, изготовленной методом горячего прессования, может достигать более 800 МПа. По сравнению с ковкой, это исключает необходимость механической и термической обработки, что снижает затраты на 30%.
принадлежности
Зубчатые колеса, изготовленные методом порошковой металлургии методом горячего прессования, обладают такими преимуществами, как низкая стоимость, высокая плотность, равномерная производительность и высокая точность.
К наиболее распространенным относятся шестерни автомобильных трансмиссий, шестерни масляных насосов, кулачки, звездочки, синхронизаторы, турбины рулевого управления, шестерни двигателей, шестерни электроинструментов, косозубые шестерни для коробок передач и т. д.
Порошковая металлургия Магнитные материалы
Процесс горячего прессования значительно улучшает магнитные свойства материалов за счёт увеличения их плотности, поэтому он также используется в порошковой металлургии магнитных материалов, таких как балласты люминесцентных ламп, сердечники трансформаторов, низкочастотные фильтры и дроссельные сердечники.
FAQ
Что такое горячее прессование?
В процессе прессования в теплой пресс-форме производители нагревают только пресс-форму (обычно до 60–110 °C), не подогревая предварительно порошок.
Механизм прессования в горячем состоянии аналогичен механизму прессования в горячем состоянии. Однако из-за более низкой температуры достигаемая плотность в сыром состоянии несколько ниже. Плотность в сыром состоянии при прессовании в горячем состоянии обычно на 0.05–0.15 г/см³ выше, чем при сухом прессовании, достигая 7.4 г/см³. Благодаря высокой плотности в сыром состоянии и низкому содержанию смазки (0.2–0.6%) прочность в сыром состоянии может достигать 35 МПа.