Alles wat u moet weten over poedermetallurgie

Poedermetallurgie is een van de belangrijke cursussen die werktuigbouwkundigen moeten kennen. Producten gemaakt van dit materiaal zijn gebruikelijk om ons heen, vooral auto-onderdelen. Poedermetallurgie omvat een familie van productietechnologieën die worden gebruikt om verschillende soorten componenten te vervaardigen. Bovendien is poedermetallurgie, afgekort als PM, een term die een breed scala aan manieren dekt waarop materialen of componenten worden gemaakt van metaalpoeders.

Vandaag maakt u kennis met de definitie, het belang, de typen, het proces, de toepassing en de voor- en nadelen van poedermetallurgie in ons moderne leven.

Wat is poedermetallurgie?

Poedermetallurgie is een productieproces dat wordt gebruikt voor het produceren van afgewerkte of halffabrikaten. Dit wordt gedaan door het metaalpoeder samen te persen tot geschikte matrijzen. Dit metallurgische proces is een van de goedkoopste die een hoge kwaliteit en sterkte biedt. Het wordt ook gebruikt om complexe vormen met een hoge mate van nauwkeurigheid te krijgen. Hierdoor is het proces geschikt voor massaproductie. Poedermetallurgie omvat hoofdzakelijk vier basisstappen, waaronder poedervoorbereiding, mengen en mengen, verdichten en sinteren. Al deze zullen verder worden uitgelegd in dit artikel.

Poedermetallurgie is een proces dat al meer dan 100 jaar bestaat, dat wil zeggen de afgelopen kwart eeuw. Het is een superieure methode geweest om onderdelen van hoge kwaliteit te produceren voor verschillende belangrijke toepassingen. Het proces was succesvol omdat het grotere voordelen biedt ten opzichte van andere metaalvormingsprocessen zoals smeden en metaalgieten, enz. Deze voordelen omvatten verder materiaalgebruik, vormcomplexiteit, bijna-netvorm dimensionale controle, en andere. Hierdoor werd poedermetallurgie erkend als groene technologie.

Verder wordt poedermetallurgie gebruikt om unieke componenten te maken die onmogelijk te verkrijgen zijn door smelten of vormen. Een zeer vergelijkbaar belangrijk product is wolfraamcarbide (WC). Het wordt gebruikt om andere metalen te snijden en te vormen en is gemaakt van WC-deeltjes gebonden met kobalt. Dit proces wordt meestal gebruikt in de industrie voor verschillende soorten tolgelden en wereldwijd wordt ~50.000 ton/jaar (t/j) gemaakt door PM.

Toepassingen van poedermetallurgie

Hieronder staan ​​de toepassingen van poedermetallurgiecomponenten op verschillende gebieden.

De Automotive toepassingen

Ongeveer 80% van de onderdelen voor poedermetallurgie zijn bestemd voor automobieltoepassingen. Ongeveer 75% van deze componenten zijn voor transmissies, zowel automatische als handmatige, en motoronderdelen. Deze transmissietoepassingen omvatten synchronisatiesysteemonderdelen, koppelingsnaven, schakelcomponenten, planeetwieldragers, turbinenaven, koppeling en zakplaten. De motoronderdelen die zijn gemaakt met poedermetallurgie omvatten poelies, tandwielen en naven, met name degene die verband houden met het distributieriemsysteem van de motor, klepgeleiders, klepzittinginzetstukken, PM-lobben voor geassembleerde nokkenassen, balanstandwielen, nokkenaslagerkappen en motor managementsensor gaat over.

Een ander autosysteem gebruikt poedermetallurgie in sommige onderdelen, waaronder:

• Oliepompen, vooral tandwielen.
• Schokdempers zoals zuigerstanggeleiders, zuigerkleppen, eindkleppen.
• Antiblokkeerremsystemen (ABS), de sensorringen.
• Flenzen, zuurstofsensornokken van uitlaatsystemen.
• Variabele kleptimingsystemen.
• Turboladers
• Uitlaatgasrecirculatiesystemen (EGR)
• Chassiscomponenten
• Continu variabele transmissies.

Andere toepassingen van poedermetallurgie zijn onder meer:

• Lucht- en ruimtevaarttoepassingen
• Olie- en gasindustrie.
• Zorgsector, enz.

In een snelle greep zijn toepassingen van poedermetallurgie:

• Snijgereedschappen zoals hardmetalen gereedschappen, keramische gereedschappen, enz. zijn Poedermetallurgieproducten.
• Elektrische bussen gemaakt door Cu en Ag te mengen met grafiet is een P/M-product.
• Spuitmonden voor raketten en raketten.
• Kleine onderdelen in auto- en apparaattoepassingen waar de mogelijkheid om een ​​bijna definitieve vorm te produceren die minimale bewerking vereist, een sterk economisch voordeel biedt.
• Lager, bussen, enz.
• Magnetische zachte metalen zoals Fe, Fe-3Si, enz. Worden gemakkelijk door P/M tot een definitieve vorm gevormd.

Poedermetallurgieproces

Zoals eerder vermeld, heeft krachtmetallurgie vier basisprocessen, waaronder:

Poedervoorbereiding:

Voordat een object kan worden geproduceerd, moet het materiaal worden omgezet in energie. De verschillende processen voor het produceren van dergelijk poeder omvatten verneveling, malen, chemische reactie, elektrolyseproces, enz.

Mengen en mengen:

Dit poedermetallurgische proces omvat het mengen van twee of meer materiaalkracht om legeringsmateriaal met hoge sterkte te produceren. Welnu, afhankelijk van de productbehoefte. Deze stap zorgt voor een gelijkmatige verdeling van het poeder met additieven, bindmiddelen, enz. Om de vloeikarakteristiek van poeder te verbeteren, worden soms smeermiddelen toegevoegd in het mengproces.

Compacteren:

Dit proces is om het voorbereide poedermengsel samen te persen tot vooraf gedefinieerde matrijzen. Verdichten zorgt ervoor dat lege ruimten worden verminderd en verhoogt de dichtheid van het product. Het poeder wordt onder druk in een mal geperst om een ​​product te vormen dat groen compact wordt genoemd. Dit betekent dat het product wordt gevormd door verdichting. De gebruikte druk varieert van 80 tot 1600 MPa. Hoewel de druk afhangt van de eigenschappen van metaalpoeder en bindmiddelen. d.w.z. voor zacht poeder is de verdichtingsdruk ongeveer 100 - 350 MPa, en voor staal, ijzer, enz. De druk ligt tussen 400 - 700 MPa.

Sinteren:

Omdat het groene compact geproduceerd door comprimeren niet zo sterk is en niet als eindproduct kan worden gebruikt, wordt sinteren uitgevoerd. Sinteren is het verhitten van het groene compact op een verhoogde temperatuur zodat een blijvend sterke hechting kan worden verkregen. Het poedermetallurgieproces geeft kracht aan het groene compact en zet het om in een eindproduct. Over het algemeen is de sintertemperatuur ongeveer 70 tot 90 procent van de smelttemperatuur van metaalpoeder.

Secundaire bediening:

Omdat het gesinterde object poreuzer is in vergelijking met volledig dicht materiaal. De dichtheid van het product hangt af van de perscapaciteit, sintertemperatuur, compressiedruk, enz. Soms hebben producten geen hoge dichtheid nodig, waardoor de gesinterde producten direct als eindproducten kunnen worden gebruikt. Hoewel soms een product met een hoge dichtheid vereist is (bijvoorbeeld de productie van lagers). De secundaire bewerking is vereist om het product een hoge dichtheid en een hoge maatnauwkeurigheid te maken. De vaak uitgevoerde secundaire bewerkingen omvatten dimensionering, munten, infiltratie, heet smeden, impregneren, enz.

bekijk de video hieronder om meer te weten te komen over het poedermetallurgieproces:

Soorten poedermetallurgieprocessen

Poedermetallurgieprocessen kunnen op verschillende manieren worden uitgevoerd, afhankelijk van de te produceren producten. Hieronder staan ​​de verschillende soorten poedermetallurgieprocessen die worden aangetroffen in de metaalpoederindustrieën.

Conventioneel poedermetallurgieproces:

Met het onderstaande diagram worden de conventionele soorten poedermetallurgieprocessen uitgelegd. Het omvat het mengen van elementaire of legeringspoeders, het verdichten van het mengsel in een matrijs en vervolgens sinteren of verwarmen. Net zoals hierboven uitgelegd, binden de resulterende vormen in een atmosfeer-gecontroleerde oven metallurgisch de deeltjes.

Zoals eerder vermeld, wegen de meeste onderdelen voor poedermetallurgie minder dan 5 pond. (2,27 kg), hoewel sommige onderdelen die 15,89 kg wegen, kunnen worden vervaardigd in conventionele PM-apparatuur. Onderdelen zoals bussen en lagers hebben eenvoudige vormen. Welnu, er is tegenwoordig een geavanceerd PM-proces dat componenten met complexe contouren en meerdere niveaus kan produceren. Deze machines zijn behoorlijk zuinig.

Metalen spuitgieten (MIM)

Metaalspuitgieten heeft de productiecapaciteit om complexe vormen in grote hoeveelheden te produceren. Bij dit proces worden meestal fijne metaalpoeders van minder dan 20 micron gebruikt. Deze metaalpoeders worden op maat samengesteld met een bindmiddel (verschillende thermoplasten, wassen en andere materialen) tot een grondstof. De grondstof wordt in een holte (meerdere holtes) van een conventionele spuitgietmachine gevoerd. Wanneer de "groene" component wordt verwijderd, wordt bijna al het bindmiddel geëxtraheerd door thermische of oplosmiddelverwerking. De rest van het bindmiddel wordt verwijderd tijdens het sinterproces, dat wordt uitgevoerd in een oven met gecontroleerde atmosfeer.

Dit soort poedermetallurgieprocessen lijken sterk op kunststofspuitgieten en hogedrukspuitgieten. Ze kunnen ook veel van dezelfde vormen en configuratiekenmerken produceren. Ze zijn echter beperkt tot relatief kleine (meestal minder dan 250 gram), zeer complexe onderdelen die anders uitgebreide nabewerking zouden vereisen. De voordelen van dit metallurgische proces zijn te danken aan het vermogen om mechanische eigenschappen te produceren die nauw aansluiten bij de bewerkte materialen. Het is een netvormige procestechnologie met een goede controle over de maattolerantie. Ten slotte bieden metalen spuitgietonderdelen een bijna onbeperkte vorm en geometrische functie. Het heeft ook het vermogen van hoge productiesnelheden door het gebruik van gereedschap met meerdere holtes.

Isostatisch persen

Isostatisch persen is een populair type poedermetallurgievormingsproces. Het oefent in alle richtingen gelijke druk uit op een poedercompact. Hierdoor wordt maximale uniformiteit van dichtheid en microstructuur bereikt zonder de geometrische beperkingen van uniaxiaal persen.

Isostatisch persen kan zowel koud als warm worden uitgevoerd. Het onderstaande diagram beschrijft het koud isostatisch persen. De koude isostatisch persen (CIP) wordt gebruikt om groene delen bij omgevingstemperaturen te verdichten. Het hete isostatisch persen (HIP) consolideert echter onderdelen bij verhoogde temperaturen volledig door diffusie in vaste toestand. Dit heetpersproces kan ook worden gebruikt om resterende porositeit van een gesinterd PM-onderdeel te verwijderen.

Productie van metaaladditieven

Additieve fabricage van metaal, afgekort als AM en ook wel 3D-printen genoemd. Dit proces heeft het potentieel om de productie, time-to-market en eenvoud van componenten en assemblages ingrijpend te veranderen. Het proces werkt niet zoals de conventionele of subtractieve fabricageprocessen (bijvoorbeeld machinale bewerking of boren op een draaibank). Deze processen creëren onderdelen door materiaal te verwijderen, wat niet het geval is bij additive manufacturing. Additive manufacturing bouwt onderdelen met behulp van een laag-voor-laag proces rechtstreeks vanuit een digitaal model.

In dit proces worden geen mallen of matrijzen gebruikt, daarom is er geen verspilling van veel materiaal, wat leidde tot kosten voor het fabricageproces. Additive manufacturing wordt al lange tijd gebruikt als ontwerp- en prototypingtool. De focus verschuift nu echter naar de directe productie van componenten, waaronder onderdelen voor vliegtuigmotoren, medische implantaten en sieraden.

Dit productieproces is niet één type technologie of proces. Hoewel alle additieve productiesystemen een gemeenschappelijke laag-voor-laagbenadering hanteren, gebruiken ze nog steeds een grote verscheidenheid aan materialen, technologieën en processen.

Additive Manufacturing-technologieën die metaalpoeders gebruiken, zijn onder meer:

• Laser sinteren (LM/SLS/SLFS)
• Selectieve inkjetbinding (SIB)
• Elektronenbundelsmelten (EBM)
• Laserpoedervorming (LPF)
• Poederbedproces
• Fused deposition modeling (FDM)/Extrusion

Voor- en nadelen van poedermetallurgieproces

Voordelen:

Hieronder staan ​​de voordelen van het poedermetallurgieproces:

• Kosteneffectiviteit voor massaproductie aangezien er geen verdere bewerkingskosten, arbeidskosten, enz. zijn.
• Een hoogopgeleide operator is niet vereist.
• Sommige legeringen kunnen alleen worden geproduceerd met PM-technologie.
• Bimetaal- en gelamineerde producten kunnen met deze methode eenvoudig worden geproduceerd.
• Hoge productiesnelheid. In een uur kunnen tot 500 tot 1000 onderdelen worden geproduceerd.
• De complexe vorm kan gemakkelijk worden geproduceerd.

Nadelen:

Ondanks de grote voordelen van het poedermetallurgieproces zijn er toch nog enkele beperkingen. hieronder zijn de nadelen van het poedermetallurgieproces:

• De kosten van apparatuur zijn hoog.
• het is duur voor een enkele productie.
• Ingewikkelde ontwerpen kunnen moeilijk te produceren zijn vanwege de minder vloeibaarheid van metaalpoeder.
• Volledige uniforme dichte producten kunnen niet worden geproduceerd.
• Productafmetingen zijn beperkt vanwege de perscapaciteit.
• Het metaalpoeder dat een explosie kan veroorzaken, kan niet worden gebruikt.
• Het is moeilijk om metalen met een laag smeltpunt te gieten met het PM-proces.
• Eindproducten kunnen een lage impact en vermoeidheidseigenschappen hebben.

Conclusie

Poedermetallurgie is een proces dat massaproductie-onderdelen gemakkelijker heeft gemaakt. Het is al een tijdje beschikbaar, maar wordt nog steeds vooruitgegaan naarmate de technologie blijft toenemen. Vandaag hebben we de definitie, typen, processen en toepassingen van poedermetallurgie geleerd. We hebben ook de voor- en nadelen onderzocht.

Ik hoop dat je veel aan dit bericht hebt gehad, zo ja, deel het dan met andere technische studenten. Bedankt voor het lezen! Tot de volgende keer.