Làm thế nào để chọn bột kim loại phù hợp cho các bộ phận trong các điều kiện làm việc khác nhau?

一, Lựa chọn được thúc đẩy bởi các yêu cầu điều kiện làm việc: Kiểm tra bốn chiều cơ bản
1. Yêu cầu về hiệu suất cơ học
High strength and resistance to fatigue: Aircraft engine blades need to be able to handle high temperatures (>600 °C) and high stresses (>500 MPa). Đối với điều này, bạn nên sử dụng niken - Cao dựa trên - bột hợp kim nhiệt độ (như GH4169). Nó có thể chịu được nhiệt độ cao mà không bị hỏng, và sức mạnh năng suất của nó có thể đạt 1100 MPa.
Khay pin cho các phương tiện năng lượng trong tương lai cần phải nhẹ hơn 30% và có cường độ cao hơn - so với - tỷ lệ trọng lượng. Bột hợp kim nhôm (như ALSI10MG) hiện là lựa chọn tốt nhất vì nó là ánh sáng (2,7 g/cm³) và mạnh (310 MPa).
Khả năng chống mòn và va chạm: Các bánh răng máy móc khai thác phải có khả năng xử lý các tác động nặng. Sắt - Vật liệu luyện kim bột dựa trên (với các thành phần hợp kim đồng và molypden) có thể đạt đến độ cứng của HRC 55 trở lên bằng các quy trình luyện kim bột. Chúng cũng gấp đôi khi hao mòn - có khả năng chống bằng thép thông thường.
2. Yêu cầu thích ứng với môi trường
Kháng ăn mòn: Các đường ống trên các nền tảng ngoài khơi cần có khả năng chịu được sự ăn mòn từ nước biển trong một thời gian dài. Trong môi trường Cl⁻, bột thép không gỉ 316L có khả năng chống ăn mòn rỗ của +0.3 V (SCE) và tuổi thọ dài hơn 10 lần so với thép carbon.
Độ ổn định nhiệt độ cao: Phòng đốt của tuabin khí phải có khả năng xử lý nhiệt độ cao tới 1200 độ. Thêm 15% vonfram vào coban - Bột hợp kim dựa trên (như sao 6) có thể giữ cho nó cứng ở nhiệt độ cao, với độ cứng của HRC 40 trở lên.
Độ bền nhiệt độ thấp: bể chứa khí tự nhiên hóa lỏng cần làm việc ở mức - 196. Độ bền tác động của nhiệt độ thấp của bột hợp kim titan Ti6AL4V có thể đạt tới 50 J/cm² sau khi điều trị bằng phương pháp ép (hông) nóng, ngăn ngừa khả năng gãy xương giòn.
3. Yêu cầu thích ứng quy trình
Additive manufacturing (3D printing): You need to use powders that are very round (>90%) và có phạm vi kích thước hạt bị hạn chế (15 Ném53 m). Ví dụ, nếu mức oxy bột là hơn 0,2% trong khi in các thành phần hợp kim titan bằng công nghệ SLM, thì sức mạnh của liên kết giữa các lớp có thể giảm 20%.
Luyện kim loại bột: Tốc độ dòng Hall phải nhỏ hơn 40 s/50 g và mật độ khối phải cao hơn 3,2 g/cm³. Nếu khả năng lưu lượng của sắt - (Fe-2CU-0.8C) không đủ tốt khi nó được nhấn vào trung tâm đồng bộ hóa xe hơi, nó có thể dễ dàng gây ra mật độ màu xanh lá cây và biến dạng không đồng đều hơn 0,5 mm sau khi thiêu kết.
Để làm cho lớp phủ dày hơn, bạn cần sử dụng bột với các hạt thô (45 Ném106 μm) khi phun nhiệt. Ví dụ, sử dụng lớp phủ bột nicraly để sửa lưỡi máy bay có thể giữ độ xốp của lớp phủ dưới 1%, dài hơn ba lần so với các phương pháp mạ điện thông thường.
4. Nhu cầu cho nền kinh tế
Ứng dụng nhạy cảm với chi phí: Máy gọi phanh ô tô được chế tạo bằng sắt - Vật liệu luyện kim bột dựa trên (chi phí khoảng 20 nhân dân tệ/kg), ít hơn 60% so với các bộ phận thép giả mạo (có giá khoảng 50 nhân dân tệ/kg). Tỷ lệ sử dụng vật liệu đã tăng từ 40% lên 95%.
Nhu cầu hiệu suất cao: Niken - Bột hợp kim tinh thể đơn dựa trên được sử dụng để tạo ra các lưỡi tuabin tinh thể đơn trong động cơ máy bay. Bột này có giá khoảng 5000 nhân dân tệ mỗi kg. Giá cao, nhưng lực đẩy của động cơ - đến - Tỷ lệ trọng lượng tăng 20% ​​khi trọng lượng được giảm 15% và điện trở nhiệt độ tăng 100 độ. Điều này tiết kiệm 30% cho dài hạn - chi phí chạy.
2, Thư viện trường hợp lựa chọn điều kiện làm việc điển hình
Trường hợp 1: Các tàu áp lực hợp kim Titan trong ngành hàng không vũ trụ
Nó cần có khả năng xử lý nhiệt độ thấp -196 độ và áp suất cao 330 bar, và nó cũng phải đáp ứng tiêu chuẩn ASME BPVC.
Logic cho lựa chọn:
Vật liệu: Hợp kim titan ti6al4v (cường độ kéo 900 MPa, kéo dài 10%).
Quy trình: In sự nóng chảy của chùm tia điện tử (EBM) In các mảnh bán cầu với ứng suất dư dưới 50 MPa, thấp hơn 60% so với quy trình SLM.
Sau khi điều trị bằng hông (920 độ /150 MPa), mật độ của vật liệu là 99,9% và tuổi thọ mỏi của nó đã được tăng cường thành 10 chu kỳ.
Viện nghiên cứu công nghệ công nghiệp Hàn Quốc đã tạo ra một tàu áp lực hợp kim titan 800L đã vượt qua thử nghiệm nổ nhiệt độ thấp - 196. Nó nhẹ hơn 40% và rẻ hơn 25% so với các phương pháp rèn thông thường.
Trường hợp 2: Trường y sinh - Cấy ghép khớp hông
Nó phải hoàn thành tiêu chuẩn ISO 13485, tương thích sinh học với mô xương người và có thể kéo dài hơn 10 chu kỳ.
Những lý do cho sự lựa chọn:
Vật liệu: Bột hợp kim COCRMO với 6% molypden và độ cứng của HRC 45.
Quá trình: SLM in cấu trúc xốp (độ xốp 60%, kích thước lỗ rỗng 500 m) để giúp các tế bào xương sinh sôi nảy nở.
Xử lý bề mặt: Một plasma - được phun lớp phủ hydroxyapatite (dày 50 μ m) để làm cho hoạt động sinh học tốt hơn.
Hiệu quả: Dữ liệu lâm sàng từ Bệnh viện thứ ba của Đại học Bắc Kinh chứng minh rằng cấy ghép in 3D có 98,7% cơ hội sống sót trong năm năm, tốt hơn 15% so với cấy ghép diễn viên truyền thống.
Trường hợp 3: Trường phương tiện năng lượng mới - rôto động cơ
Nó phải hoạt động ở tốc độ cao 20000 vòng / phút, với tổn thất từ ​​tính<5 W/kg and magnetic permeability>1000.
Cách chọn:
Vật liệu: Bột hợp kim nhôm silicon sắt (Fe-6,5% SI-0,5% AL, tính thấm từ 1200).
Process: Hot pressing powder metallurgy at 1200 °C and 100 MPa, with a density of 7.6 g/cm³. Insulation treatment: epoxy resin coating (withstand voltage level>3 kV) để cắt giảm tổn thất hiện tại xoáy.
Sau khi sử dụng phương pháp này trên nền tảng động cơ BYD E -, hiệu quả đã tăng lên tới 97,5%, năng lượng cao hơn 8% - hiệu quả so với cánh quạt thép silicon thông thường.
3, Cây quyết định lựa chọn: bốn - quá trình bước để chuyển từ nhu cầu sang giải pháp
Làm cho các tham số hoạt động rõ ràng bằng cách liệt kê các yếu tố quan trọng như nhiệt độ, áp suất, phương tiện ăn mòn và loại tải.
Kiểm tra các tài liệu ứng cử viên: Sử dụng cơ sở dữ liệu vật liệu như Sổ tay ASM để tìm các vật liệu có chất lượng cơ bản tương tự, chẳng hạn như độ bền kéo, độ cứng và khả năng chống ăn mòn.
Kiểm tra xem quá trình có hoạt động với: Để kiểm tra các yếu tố quy trình như khả năng lưu lượng bột và tốc độ co ngót thiêu kết hay không, các thử nghiệm nhỏ như vậy các mảnh in như 10 × 10 × 10 mm.
Phân tích chi phí của toàn bộ vòng đời: Tìm giải pháp thay thế với tổng chi phí thấp nhất bằng cách thêm chi phí của vật liệu, xử lý, bảo trì và thất bại.