Все, что вам нужно знать о порошковой металлургии

Порошковая металлургия является одним из важных курсов, которые должны знать инженеры-механики. Изделия из этого материала широко распространены среди нас, особенно автозапчасти. Порошковая металлургия включает в себя семейство производственных технологий, используемых для изготовления деталей различных типов. Кроме того, порошковая металлургия, сокращенно PM, – это термин, охватывающий широкий спектр способов изготовления материалов или компонентов из металлических порошков.

Сегодня вы познакомитесь с определением, значением, типами, процессом, применением, а также преимуществами и недостатками порошковой металлургии в нашей современной жизни.

Что такое порошковая металлургия?

Порошковая металлургия — это производственный процесс, который используется для производства готовых изделий или полуфабрикатов. Это делается путем прессования металлического порошка в подходящие матрицы. Этот металлургический процесс является одним из самых дешевых, который обеспечивает высокое качество и прочность. Он также используется для получения сложных форм с высокой степенью точности. Из-за этого процесс подходит для массового производства. Порошковая металлургия в основном включает четыре основных этапа, которые включают подготовку порошка, смешивание и смешивание, уплотнение и спекание. Все это будет объяснено в этой статье.

Порошковая металлургия – процесс, существующий более 100 лет, то есть за последнюю четверть века. Это превосходный метод производства высококачественных деталей для различных важных применений. Этот процесс был успешным, потому что он предлагает большие преимущества по сравнению с другими процессами обработки металлов давлением, такими как ковка и литье металлов и т. Д. Эти преимущества, помимо прочего, включают в себя использование материала, сложность формы, контроль размеров, близкий к чистой форме, среди прочего. Благодаря этому порошковая металлургия была признана экологически чистой технологией.

Кроме того, порошковая металлургия используется для изготовления уникальных компонентов, которые невозможно получить путем плавки или формовки. Очень похожим важным продуктом является карбид вольфрама (WC). Он используется для резки и формовки других металлов и изготавливается из частиц WC, связанных с кобальтом. Этот процесс в основном используется в промышленности для различных видов дорожных сборов, и во всем мире около 50 000 тонн в год (т / год) производится PM.

Применение порошковой металлургии

Ниже приведены области применения компонентов порошковой металлургии в различных областях.

Автомобильные приложения

Около 80% деталей из порошковой металлургии предназначены для автомобилей. Около 75% этих компонентов предназначены для коробок передач, как автоматических, так и механических, а также деталей двигателя. К таким трансмиссиям относятся детали системы синхронизатора, ступицы сцепления, компоненты переключения передач, водила планетарной передачи, ступицы турбины, сцепление и карманные пластины. Детали двигателя, изготовленные с использованием порошковой металлургии, включают шкивы, звездочки и ступицы, особенно те, которые связаны с системой зубчатых ремней двигателя, направляющими клапанов, вкладышами седел клапанов, кулачками распределительных валов в сборе, уравновешивающими шестернями, крышками подшипников распределительных валов и двигателем. кольца датчиков управления.

Некоторые другие автомобильные системы используют порошковую металлургию в некоторых своих частях, включая:

• Масляные насосы, особенно шестерни.
• Амортизаторы, такие как направляющие штока поршня, поршневые клапаны, торцевые клапаны.
• Антиблокировочная система тормозов (ABS), ее сенсорные кольца.
• Фланцы, втулки кислородных датчиков выхлопных систем.
• Системы изменения фаз газораспределения.
• Турбокомпрессоры
• Системы рециркуляции отработавших газов (EGR)
• Компоненты шасси
• Бесступенчатая трансмиссия.

Другие области применения порошковой металлургии включают:

• Аэрокосмические приложения
• Нефтегазовая промышленность.
• Сектор здравоохранения и т. д.

К кратким применениям порошковой металлургии относятся:

• Режущие инструменты, такие как инструменты из цементированного карбида, керамические инструменты и т. д., являются продуктами порошковой металлургии.
• Электрические втулки, изготовленные путем смешивания Cu и Ag с графитом, являются продуктом P/M.
• Насадки для ракет и реактивных снарядов.
• Небольшие детали в автомобилях и бытовой технике, где возможность получения почти окончательной формы с минимальными затратами на механическую обработку обеспечивает значительное экономическое преимущество.
• Подшипник, втулки и т. д.
• Магнитные мягкие металлы, такие как Fe, Fe-3Si и т. д., легко придают окончательную форму методом P/M.

Процесс порошковой металлургии

Как указывалось ранее, в энергетической металлургии есть четыре основных процесса, которые включают:

Приготовление порошка:

Прежде чем объект можно будет произвести, материал должен быть преобразован в энергию. Различные процессы производства такого порошка включают распыление, измельчение, химическую реакцию, процесс электролиза и т. д.

Смешивание и смешивание:

Этот процесс порошковой металлургии включает смешивание двух или более материалов для получения материала из сплава высокой прочности. Ну, в зависимости от требований к продукту. Этот шаг обеспечивает равномерное распределение порошка с добавками, связующими и т.п. для улучшения характеристик текучести порошка, иногда в процессе смешивания добавляют смазочные материалы.

Сжатие:

Этот процесс заключается в прессовании подготовленной порошковой смеси в предварительно определенные матрицы. Уплотнение обеспечивает уменьшение пустот и увеличивает плотность продукта. Порошок прессуют в форму под давлением, чтобы сформировать продукт, который называется сырой прессовкой. Это означает, что продукт формируется путем уплотнения. Используемое давление находится в диапазоне от 80 до 1600 МПа. Хотя давление зависит от свойств металлического порошка и связующих. т. е. для прессования мягкого порошка давление составляет около 100 – 350 МПа, а для стали, железа и т. д. давление составляет 400 – 700 МПа.

Спекание:

Поскольку неспеченная прессовка, полученная прессованием, не такая прочная и не может быть использована в качестве конечного продукта, проводят спекание. Спекание означает нагрев сырой прессовки при повышенной температуре, чтобы можно было получить постоянную прочную связь. Процесс порошковой металлургии придает прочность сырой прессовке и превращает ее в конечный продукт. Как правило, температура спекания составляет от 70 до 90 процентов от температуры плавления металлического порошка.

Дополнительная операция:

Поскольку спеченный объект более пористый по сравнению с полностью плотным материалом. Плотность продукта зависит от производительности пресса, температуры спекания, давления сжатия и т. д. Иногда продукты не нуждаются в высокой плотности, что позволяет использовать спеченные продукты непосредственно в качестве конечных продуктов. Хотя иногда требуется очень плотное изделие (например, производство подшипников). Вторичная операция необходима для придания изделию высокой плотности и высокой точности размеров. Обычно выполняемые вторичные операции включают проклейку, чеканку, инфильтрацию, горячую ковку, пропитку и т. д.

посмотрите видео ниже, чтобы узнать о процессе порошковой металлургии:

Типы процесса порошковой металлургии

Процессы порошковой металлургии могут выполняться различными способами в зависимости от производимых продуктов. Ниже приведены различные типы процессов порошковой металлургии, используемые в производстве металлических порошков.

Традиционный процесс порошковой металлургии:

На приведенной ниже диаграмме объясняются традиционные типы процессов порошковой металлургии. Он включает смешивание порошков элементов или сплавов, уплотнение смеси в пресс-форме, а затем спекание или нагрев. Как объяснялось выше, полученные формы в печи с регулируемой атмосферой металлургически связывают частицы.

Как упоминалось ранее, большинство деталей из порошковой металлургии весят менее 5 фунтов. (2,27 кг), хотя некоторые детали весом 35 фунтов (15,89 кг) можно изготовить на обычном оборудовании для БДМ. Такие детали, как втулки и подшипники, имеют простую форму. Что ж, сегодня существует сложный процесс PM, который может производить компоненты со сложными контурами и несколькими уровнями. Эти машины довольно экономичны.

Литье металлов под давлением (MIM)

Литье металлов под давлением позволяет производить сложные формы в больших количествах. В этом процессе обычно используются тонкие металлические порошки размером менее 20 микрон. Эти металлические порошки изготавливаются по индивидуальному заказу со связующим (различные термопласты, воски и другие материалы) в качестве исходного сырья. Сырье подается в полость (множество полостей) обычной литьевой машины. При удалении «зеленого» компонента почти все связующее извлекается термической или сольвентной обработкой. Остаток связующего удаляется в процессе спекания, которое выполняется в печи с контролируемой атмосферой.

Эти типы процессов порошковой металлургии очень похожи на литье пластмасс под давлением и литье под высоким давлением. Они также могут производить многие из тех же форм и элементов конфигурации. Тем не менее, они ограничиваются относительно небольшими (обычно менее 250 граммов) очень сложными деталями, которые в противном случае потребовали бы обширной чистовой обработки. Преимущества этого металлургического процесса обусловлены его способностью обеспечивать механические свойства, близкие к деформируемым материалам. Это технология обработки в форме сетки с хорошим контролем допуска размеров. Наконец, металлические детали для литья под давлением предлагают почти неограниченные возможности формы и геометрических характеристик. Он также имеет возможность высокой производительности за счет использования инструментов с несколькими полостями.

Изостатическое прессование

Изостатическое прессование является популярным типом процесса формования порошковой металлургии. Он оказывает одинаковое давление во всех направлениях на компактную пудру. За счет этого достигается максимальная однородность плотности и микроструктуры без геометрических ограничений одноосного прессования.

Изостатическое прессование может быть как холодным, так и горячим. На приведенной ниже диаграмме показано холодное изостатическое прессование. Холодное изостатическое прессование (CIP) используется для уплотнения сырых деталей при температуре окружающей среды. Однако горячее изостатическое прессование (ГИП) полностью консолидирует детали при повышенных температурах за счет диффузии в твердом состоянии. Этот процесс горячего прессования также можно использовать для удаления остаточной пористости из спеченной детали из ПМ.

Аддитивное производство металлов

Производство металлических добавок, сокращенно AM, также может называться 3D-печатью. Этот процесс может коренным образом изменить производство, время выхода на рынок и простоту компонентов и сборок. Этот процесс не работает как обычные или субтрактивные производственные процессы (например, токарная обработка или сверление). Эти процессы создают детали путем удаления материала, чего нельзя сказать о аддитивном производстве. При аддитивном производстве детали создаются с помощью послойного процесса непосредственно из цифровой модели.

В этом процессе не используются формы или штампы, поэтому не происходит потерь большого количества материала, что приводит к затратам на производственный процесс. Аддитивное производство долгое время использовалось в качестве инструмента проектирования и прототипирования. Однако теперь ее основное внимание уделяется непосредственному производству компонентов, в том числе деталей авиационных двигателей, медицинских имплантатов и ювелирных изделий.

Этот производственный процесс не является единым типом технологии или процесса. Однако, несмотря на то, что все системы аддитивного производства используют общий послойный подход, они по-прежнему используют широкий спектр материалов, технологий и процессов.

Технологии аддитивного производства, в которых используются металлические порошки, включают:

• Лазерное спекание (LM/SLS/SLFS)
• Выборочное струйное связывание (SIB)
• Электронно-лучевая плавка (ЭЛП)
• Лазерное формование порошка (LPF)
• Процесс в порошковом слое
• Моделирование методом наплавления (FDM)/экструзия

Преимущества и недостатки процесса порошковой металлургии

Преимущества:

Ниже приведены преимущества процесса порошковой металлургии:

• Рентабельность массового производства, поскольку отсутствуют дополнительные затраты на механическую обработку, оплату труда и т. д.
• Высококвалифицированный оператор не требуется.
• Некоторые сплавы можно производить только по технологии ПМ.
• С помощью этого метода легко изготавливаются биметаллические и многослойные изделия.
• Высокая производительность. За час можно изготовить от 500 до 1000 штук деталей.
• Сложную форму можно легко изготовить.

Недостатки:

Несмотря на большие преимущества процесса порошковой металлургии, все же существуют некоторые ограничения. Ниже приведены недостатки процесса порошковой металлургии:

• Стоимость оборудования высока.
• это дорого для одного производства.
• Изготовление сложных конструкций может быть затруднено из-за меньшей текучести металлического порошка.
• Полностью однородные плотные изделия не могут быть произведены.
• Размеры продукции ограничены из-за мощности прессования.
• Металлический порошок, который может вызвать взрыв, использовать нельзя.
• Трудно разливать металлы с низкой температурой плавления методом ПМ.
• Конечные продукты могут иметь низкие ударные и усталостные свойства.

Заключение

Порошковая металлургия — это процесс, который упростил массовое производство деталей. Он был доступен уже некоторое время, но все еще развивается по мере развития технологий. Сегодня мы узнали определение, виды, процесс, области применения порошковой металлургии. Мы также изучили его преимущества и недостатки.

Я надеюсь, что вы многое почерпнули из этого поста, если да, поделитесь им с другими студентами технических специальностей. Спасибо за чтение! Увидимся в следующий раз.