Wie wählen Sie geeignetes Metallpulver für Teile unter verschiedenen Arbeitsbedingungen?

一, Selektion motiviert durch Arbeitsbedingungen Anforderungen: Untersuchung von vier grundlegenden Dimensionen
1. Anforderungen für die mechanische Leistung
High strength and resistance to fatigue: Aircraft engine blades need to be able to handle high temperatures (>600 °C) and high stresses (>500 MPa). Dafür sollten Sie Nickel - basiert hoch - Temperaturlegierpulver (solches GH4169) verwenden. Es kann hohen Temperaturen standhalten, ohne zusammenzubrechen, und seine Streckgrenze kann 1100 MPa erreichen.
Das Batteriefach für zukünftige Energiefahrzeuge muss mehr als 30% leichter sein und eine höhere Stärke - zu - Gewichtsverhältnis haben. Aluminiumlegierpulver (solches Alsi10mg) ist jetzt die beste Wahl, da es leicht ist (2,7 g/cm³) und stark (310 MPa).
Verschleiß- und Schlagfestigkeit: Bergbaumaschinen Zahnräder müssen in der Lage sein, starke Auswirkungen zu bewältigen. Iron - basierende Pulvermetallurgiematerialien (mit Kupfer- und Molybdän -Legierungskomponenten) können eine Härte von HRC 55 oder höher durch Pulvermetallurgieverfahren erreichen. Sie sind auch doppelt so weder - als normaler Stahl resistent.
2. Anforderungen an die Anpassung an die Umwelt
Korrosionsbeständigkeit: Pipelines auf Offshore -Plattformen müssen in der Lage sein, Korrosion für lange Zeit Korrosion zu widerstehen. In einer CL⁻ -Umgebung hat 316L Edelstahlpulver ein Pop -Korrosionswiderstandspotential von +0.3 V (SCE) und eine Lebensdauer, die 10 -mal länger ist als die von Kohlenstoffstahl.
Hochtemperaturstabilität: Die Brennkammer einer Gasturbine muss in der Lage sein, Temperaturen bis zu 1200 Grad zu bewältigen. Das Hinzufügen von 15% igen Wolfram -Basis -Legierpulver (wie Stellite 6) kann es bei hohen Temperaturen mit einer Härte von HRC 40 oder höher hart halten.
Niedrigtemperaturzügige: Lagertanks für verflüssigtes Erdgas müssen bei - 196 Grad arbeiten. Die niedrige Temperatur-Auswirkungen von Ti6al4V-Titanlegierungpulver kann nach einer heißen isostatischen Pressung (HIP) 50 J/cm² erreichen, was die Möglichkeit einer spröden Fraktur verhindert.
3. Anforderungen an die Prozessanpassung
Additive manufacturing (3D printing): You need to use powders that are very round (>90%) und einen eingeschränkten Partikelgrößenbereich (15–53 μm) aufweisen. Wenn der Pulver -Sauerstoffspiegel beispielsweise mehr als 0,2% beträgt, während die Titanlegierungskomponenten mit SLM -Technologie gedruckt werden, kann die Stärke der Zwischenschichtbindung um 20% sinken.
Pulvermetallurgie: Die Flussdurchflussrate muss weniger als 40 s/50 g betragen und die Schüttdichte muss mehr als 3,2 g/cm³ betragen. Wenn die Fließfähigkeit von Eisen-Basis (Fe-2CU-0,8C)- -basiertes Pulver nicht gut genug ist, wenn es in die Auto-Synchronisations-Hub gedrückt wird, kann es leicht zu einer ungleichmäßigen grünen Dichte und Deformation führen, die nach dem Sintern mehr als 0,5 mm beträgt.
Um die Beschichtung dichter zu machen, müssen Sie beim thermischen Sprühen Pulver mit groben Partikeln (45–106 μm) verwenden. Zum Beispiel kann die Verwendung von Pulverbeschichtung mit Nicraly zur Reparatur von Flugzeugmotorblättern die Porosität der Beschichtung auf weniger als 1%halten, was dreimal länger ist als typische Elektroplattenmethoden.
4. Bedürfnisse für die Wirtschaft
Anwendung, die für Kosten empfindlich ist: Automobilbremszüge sind aus Eisen basierend auf Pulvermetallurgiematerialien auf Basis von Eisen (Kosten ca. 20 Yuan/kg), was 60% weniger als geschmiedete Stahlteile (kostet etwa 50 Yuan/kg). Die Materialnutzungsrate ist von 40% auf 95% gestiegen.
Hochleistungsbedürfnisse: Nickel - basierter Einzelkristalllegierungpulver wird verwendet, um die einzelnen Kristallturbinenblätter in Flugzeugmotoren herzustellen. Dieses Pulver kostet ungefähr 5000 Yuan pro Kilogramm. Der Preis ist hoch, aber der Schub des Motors - zu - Gewichtsverhältnis steigt um 20%, wenn das Gewicht um 15% gesenkt wird und der Temperaturwiderstand um 100 Grad gestiegen ist. Dies spart 30% für Long - Laufkosten.
2, eine typische Bibliothek für die Auswahl von Arbeitsbedingungen
Fall 1: Druckbehälter in der Luft- und Raumfahrtindustrie
Es muss in der Lage sein, eine niedrige Temperatur von -196 Grad und einen hohen Druck von 330 bar zu bewältigen, und es muss auch den ASME -BPVC -Standard erfüllen.
Logik für die Wahl:
Material: Ti6al4V Titanlegierung (Zugfestigkeit 900 MPa, Dehnung 10%).
Verfahren: Elektronenstrahlschmelzen (EBM) Druck hemisphärischer Stücke mit Restspannung von weniger als 50 MPa, was 60% geringer ist als das SLM -Verfahren.
Nach der Behandlung mit HIP (920 Grad /150 MPa) betrug die Dichte des Materials 99,9% und die Lebensdauer der Müdigkeit auf 10 Zyklen.
Das Korea Industrial Technology Research Institute erstellte ein 800L-Titan-Legierungs-Druckbehälter, das den - 196-Grad-Niedertemperaturexplosionstest bestand. Es war 40% leichter und 25% billiger als typische Schmiedensmethoden.
Fall 2: Biomedizinisches Feld - Hip -gemeinsame Implantate
Es muss den ISO 13485 -Standard erfüllen, mit menschlichem Knochengewebe biokompatibel sein und in der Lage sein, mehr als 10 Zyklen zu halten.
Die Gründe für die Wahl:
Material: COCRMO -Leichtmetallpulver mit 6% Molybdän und eine Härte von HRC 45.
Prozess: SLM -Drucken einer porösen Struktur (60% Porosität, 500 μm Porengröße), um Knochenzellen zu vermehren.
Oberflächenbehandlung: Ein Plasma - besprühte Hydroxylapatitbeschichtung (50 & mgr; m dick), um die biologische Aktivität besser zu machen.
Effekt: Klinische Daten des dritten Krankenhauses der Peking University zeigen, dass 3D -gedruckte Implantate eine Überlebenschance von 98,7% für fünf Jahre haben, was 15% besser ist als herkömmliche Gussimplantate.
Fall 3: Feld neuer Energiefahrzeuge - Motorrotor
Es muss mit hoher Geschwindigkeit von 20000 U / min mit magnetischer Verlust funktionieren<5 W/kg and magnetic permeability>1000.
Wie wählen Sie:
Material: Eisen-Silizium-Aluminium-Legierungspulver (Fe-6,5% SI-0,5% AL, Magnetpermeabilität 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) um die Stromverluste zu reduzieren.
Nachdem dieser Ansatz für den Byd E - -Plattform 3.0 Motorrotor verwendet wurde, ist die Effizienz auf 97,5% gestiegen, was 8% mehr Energie ist - effizient als ein normaler Siliziumstahlrotor.
3, Auswahlentscheidungsbaum: A Four - Schrittprozess für den Umzug von Bedürfnissen zu Lösungen
Machen Sie die operativen Parameter klar, indem Sie wichtige Faktoren wie Temperatur, Druck, Korrosivmedien und Lasttyp auflisten.
Kandidatenmaterial überprüfen: Verwenden Sie Materialdatenbanken wie das ASM -Handbuch, um Materialien zu finden, die ähnliche Grundqualitäten wie Zugfestigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Überprüfen Sie, ob der Prozess mit: Überprüfung der Prozessfaktoren wie Pulverflussbarkeit und Sinterschrumpfungsrate winzige Tests wie 10 × 10 × 10 mm.
Analyse der Kosten des gesamten Lebenszyklus: Finden Sie die Alternative mit den niedrigsten Gesamtkosten, indem Sie die Kosten für Materialien, Verarbeitung, Wartung und Misserfolg addieren.