Làm cách nào để áp dụng hợp kim nhiệt độ cao-trong sản xuất khuôn mẫu?

一, Kết hợp chính xác đặc tính vật lý của hợp kim có nhiệt độ cao{0}}với nhu cầu của khuôn
Hợp kim-nhiệt độ cao là kim loại được làm từ sắt, niken và coban, có thể tồn tại lâu dài trong các tình huống có nhiệt độ cao và chịu nhiều áp lực, chẳng hạn như trên 600 độ . Ba chiều cho thấy lợi ích chính của nó:
Hợp kim nhiệt độ cao-làm từ niken-có nhiệt độ cao{1}}vẫn có thể giữ cường độ chảy trên 600MPa ở 800 độ C, mạnh gấp ba lần so với thép khuôn H13 tiêu chuẩn. Khuôn hợp kim làm từ niken-K403 có thể chịu được tác động của phôi hợp kim titan ở nhiệt độ 1200 độ trong khi rèn đĩa tuabin động cơ máy bay. Tuổi thọ của một khuôn đơn đã được cải thiện từ 200 lần đối với vật liệu truyền thống lên 1500 lần.
Khả năng chống mỏi do nhiệt: Hợp kim ở nhiệt độ-cao có thể tạo ra lớp phủ oxit "tự{1}}tự phục hồi" đặc biệt bằng cách thay đổi kích thước và sự phân bố của 'pha (Ni ∝ (Al, Ti)). Số vết nứt bề mặt trong khuôn hợp kim làm từ sắt GH2135-được sử dụng trong khuôn đúc ống xả ô tô-chỉ bằng 1/5 sau 5000 chu kỳ nhiệt như trong khuôn thép 5CrNiMo.
Khả năng chống ăn mòn: Lớp oxit tổng hợp Cr ₂ O3/Al ₂ O3 hình thành trên bề mặt hợp kim có nhiệt độ-cao có thể ngăn chặn một cách hiệu quả sự đi qua của các ion clorua khi các polyme kỹ thuật có chất chống cháy bị phá vỡ. Trong khuôn ép phun kết nối điện tử, khuôn làm bằng hợp kim Inconel 718 có tuổi thọ gấp 8 lần so với thép khuôn DC53 và bề mặt sản phẩm không có vết ăn mòn.
2, Tiến bộ công nghệ trong cài đặt ứng dụng phổ biến
1. Hàng không vũ trụ: Sao chép các cấu trúc trong điều kiện vận hành rất khắc nghiệt
Khi tạo các kết nối nhẹ cho máy bay không người lái bằng vật liệu PEEK, khuôn cần có khả năng xử lý nhiệt độ nóng chảy 380 độ và áp suất phun 150 MPa. Trong những điều kiện làm việc này, thép khuôn truyền thống có nhiều hiện tượng rão, tuy nhiên, khuôn làm bằng hợp kim nhiệt độ cao-dựa trên coban HS-21 thì không:
Bằng cách cải thiện thiết kế cấu trúc liên kết, độ dày thành lõi tăng từ 12 mm xuống 6 mm, giúp giảm 55% trọng lượng.
Lớp phủ TiAlN được tạo ra bằng phương pháp lắng đọng hơi vật lý (PVD) có độ cứng bề mặt là HV3200.
Trong sản xuất thực tế, những thay đổi về kích thước dưới 0,02mm phải xảy ra trong vòng 500.000 chu kỳ phun.
2. Ngành công nghiệp xe sử dụng năng lượng mới: tìm sự cân bằng giữa tuổi thọ cao và hiệu suất cao
Khi chế tạo ống dẫn nước làm mát bộ pin bằng khuôn nén PA{0}}GF30, sợi thủy tinh bị mòn trên khuôn với tốc độ 0,03 mm sau mỗi nghìn lần lặp lại. Khuôn hợp kim nhiệt độ cao{4}}dựa trên niken-được chế tạo bằng quy trình luyện kim bột:
Độ cứng của lớp làm việc có thể đạt HRC58 bằng cách tạo ra vật liệu chức năng gradient (FGM), trong khi nền vẫn giữ được độ cứng ở HRC42.
Thay vì gia công phóng điện tiêu chuẩn, hãy sử dụng phương pháp cắt tia nước áp suất cực cao- để làm cho bề mặt của khoang bớt gồ ghề hơn, đi từ Ra1,6 μ m đến Ra0,4 μ m.
Trong thực tế, tuổi thọ của khuôn đã tăng từ 80.000 lần sử dụng lên 400.000 lần sử dụng và chi phí cho mỗi sản phẩm đã giảm 65%.
3. Đóng gói chất bán dẫn:-đảm bảo lâu dài về độ chính xác ở cấp độ micromet
Khoảng cách chốt trong khuôn đóng gói QFN chỉ là 0,3mm, do đó hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của khuôn phải rất gần với khoảng cách đó. Khuôn hợp kim nhiệt độ cao-đơn tinh thể gốc niken-được chế tạo bằng quy trình hóa rắn định hướng:
CTE được hạ xuống 12 × 10⁻⁶/độ bằng cách điều chỉnh hướng tinh thể và khả năng tương thích với vật liệu đóng gói bằng gốm được tăng cường thêm 40%.
Kênh nước làm mát phù hợp được chế tạo bằng công nghệ nấu chảy chọn lọc bằng laser (SLM) giúp nhiệt độ khuôn đồng đều hơn, từ ± 15 độ đến ± 3 độ.
Trong sản xuất thực tế, tỷ lệ cong vênh sản phẩm giảm từ 0,5% xuống 0,15% và tỷ lệ sản lượng tăng lên 99,8%.
3, Những cách làm mới và cải tiến
1. Sản xuất bồi đắp được sử dụng theo những cách có thể thay đổi mọi thứ
Vấn đề thông thường của việc chế tạo mọi thứ từ khuôn kim loại có thể chịu được nhiệt độ cao đang được giải quyết bằng công nghệ in 3D:
Thiết kế để tối ưu hóa cấu trúc liên kết: Sử dụng phần mềm Altair OptiStruct, chúng tôi đã thiết kế nhẹ hơn, giảm trọng lượng của một khuôn cánh động cơ máy bay nhất định từ 1,2 tấn xuống còn 680 kg và làm cho nó cứng hơn 25%.
Cấu trúc có độ dốc chức năng: Kỹ thuật LPBF (nung chảy lớp bột bằng laser) tạo ra vùng chuyển tiếp độ cứng giữa lớp làm việc khuôn và lớp nền để loại bỏ nồng độ ứng suất.
Hệ thống làm mát ngẫu nhiên: Việc sử dụng phần mềm Magics để cải thiện kiến ​​trúc đường thủy đã giúp việc làm mát khuôn phủ lớn hiệu quả hơn 40% và cắt giảm thời gian chu kỳ xuống 35%.
2. Bước tiến lớn trong công nghệ gia cố bề mặt
Phun lửa tốc độ siêu âm (HVOF): Bề mặt khoang khuôn được phủ WC-12Co có độ cứng lên tới HV1400 và có khả năng chống mài mòn cao gấp 5 lần so với vật liệu nền.
Thấm nitơ plasma là một quá trình sử dụng plasma để làm cho mọi việc trở nên khó khăn hơn. Thấm nitơ sâu (0,3 mm) nâng độ cứng bề mặt của khuôn lên HV1100 trong khi vẫn giữ nguyên độ dẻo dai của lõi.
Sửa chữa bằng lớp phủ laser: Bột hợp kim Inconel 625 được sử dụng để cố định vùng bị mòn, độ bền liên kết giữa lớp sửa chữa và lớp nền lớn hơn 400MPa.
4, Xu hướng của nền kinh tế và ngành
Lúc đầu, khuôn hợp kim nhiệt độ cao-có giá cao hơn từ 3 đến 5 lần so với khuôn thông thường, nhưng lợi ích về chi phí trong toàn bộ vòng đời của chúng là rất lớn:
Trong ngành công nghiệp ô tô, việc sử dụng hợp kim nhiệt độ cao-cho khuôn cản của một mẫu ô tô nhất định tốn thêm 800.000 nhân dân tệ cho mỗi bộ khuôn, nhưng tiết kiệm được 12 triệu nhân dân tệ chi phí sản xuất hàng năm vì thời gian chu kỳ giảm 25% và tỷ suất lợi nhuận tăng 12%.
Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ: Việc sử dụng hợp kim gốc coban-trong khuôn rèn của một loại đĩa tuabin động cơ nhất định đã kéo dài tuổi thọ khuôn từ 50 mảnh lên 300 mảnh và giảm 78% chi phí sản xuất một mảnh.
Công nghệ bản sao kỹ thuật số đã giúp dự đoán chu kỳ bảo trì của khuôn hợp kim ở nhiệt độ cao-với độ chính xác ± 50 giờ. Nó cũng đã tăng hiệu suất thiết bị tổng thể (OEE) lên hơn 85%. Thị trường toàn cầu về khuôn hợp kim nhiệt độ cao-được dự đoán sẽ có giá trị hơn 4,5 tỷ USD vào năm 2028, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 12,3%. Khuôn mẫu sản xuất bồi đắp sẽ chiếm hơn 30% thị trường này.