قالب تزریق فلزی: پردازش حرارتی و تراکم
قالب تزریق فلزی و نقش اساسی ادغام حرارتی
قالب تزریق فلزی (MIM) یکی از پیشرفته ترین فرآیندهای تولیدی را برای تولید اجزای فلزی دقیق و دقیق- نشان می دهد. این فناوری انعطاف پذیری طراحی قالب تزریق پلاستیکی را با خاصیت مواد متالورژی پودر ترکیب می کند و باعث می شود تولید انبوه قطعات فلزی پیچیده که تولید از طریق روشهای معمولی دشوار یا اقتصادی غیر ممکن است. در قلب این فرآیند پخت و پز ، مرحله مهم درمان حرارتی که ذرات پودر کاملاً محدود را به اجزای فلزی متراکم و قوی تبدیل می کند.
فرآیند MIM شامل چهار مرحله اساسی است: آماده سازی مواد اولیه ، قالب تزریق ، بدهی و ادغام حرارتی. در حالی که هر مرحله نقش مهمی در تعیین کیفیت نهایی محصول دارد ، درمان حرارتی نهایی به عنوان تعیین کننده نهایی خصوصیات مکانیکی ، دقت بعدی و خصوصیات ریزساختاری است. در طی این فرآیند ، ذرات پودر فلزی از طریق مکانیسم های انتشار اتمی به هم پیوند می خورند ، تخلخل را کاهش می دهند و به سطح چگالی نظری {{2} نزدیک می شوند و به طور معمول از 95 ٪ تا 99 ٪ حداکثر نظری مواد هستند.
فرایند
تبدیل از پودر فلزی به مؤلفه دقیق - از طریق فرآیند MIM ، با ادغام حرارتی به عنوان مرحله نهایی بحرانی.
مبانی نظری ادغام حرارتی در MIM
تعریف روند پخت و پز در زمینه MIM
پخت و پز ، در اساسی ترین تعریف خود ، یک فرآیند تصفیه حرارتی است که به موجب آن ذرات پودر از طریق مکانیسم های انتشار اتمی در زیر نقطه ذوب مواد تشکیل دهنده اولیه به هم وصل می شوند. طبق گفته ASTM B 243-09A ، این فرآیند به طور خاص به عنوان "درمان حرارتی یک پودر یا جمع و جور در دمای زیر نقطه ذوب تشکیل دهنده اصلی ، به منظور افزایش استحکام آن با پیوند دادن به کنار ذرات" تعریف شده است. " این فرآیند توسط ضرورت ترمودینامیکی برای کاهش انرژی کل سطح سیستم پودر هدایت می شود.
در برنامه های MIM ، ادغام حرارتی عملکردهای مختلفی را انجام می دهد: از بین بردن اجزای اتصال دهنده باقیمانده ، ادغام ذرات پودر در یک ساختار منسجم ، دستیابی به ثبات بعدی و توسعه خصوصیات مکانیکی و فیزیکی مورد نظر. پیچیدگی این فرآیند در MIM از متالورژی پودر معمولی به دلیل ذرات پودر قابل توجهی ریز استفاده شده (به طور معمول با مقادیر D90 15-22 میکرومتر برای MIM استاندارد در مقابل 150 میکرومتر برای PM سنتی) و سطح تخلخل اولیه بالاتر به دنبال استفاده ، فراتر می رود.
بینش فنی کلیدی
سطح پیشرفته پودرهای MIM (0.5-1.5 متر مربع در گرم در مقایسه با 0.05-0.1 متر مربع در گرم برای PM معمولی) یک نیروی محرکه قابل ملاحظه ای برای پخت و پز ایجاد می کند ، و این امکان را فراهم می کند که سریعتر چگال تر شود اما نیاز به کنترل جو دقیق تر برای جلوگیری از اکسیداسیون دارد.
مکانیسم های انتشار اتمی در حین درمان حرارتی
نیروی محرک اساسی برایپختاز کاهش انرژی آزاد سطح مرتبط با سطح سطح بالای ذرات پودر - به - حجم سرچشمه می گیرد. این نیروی محرک ترمودینامیکی از طریق مکانیسم های مختلف حمل و نقل اتمی آشکار می شود که هر کدام در شکل گیری گردن ، تراکم و تکامل ریزساختاری نقش دارند.
انتشار سطح
مکانیسم اولیه در مراحل اولیه ، که در آن اتم ها در امتداد سطوح ذرات به مناطق گردن در حال توسعه بدون ایجاد تراکم مهاجرت می کنند.
انتشار حجم
از طریق شبکه کریستالی از طریق مهاجرت خالی ، مستقیماً به تراکم و کوچک شدن مشخصه کمک می کند.
انتشار مرز دانه
مسیر حمل و نقل سریع برای مهاجرت اتمی را فراهم می کند ، به ویژه در سیستم های پودر - مشخصه MIM قابل توجه است.
انتشار سطح مکانیسم اصلی را در مراحل اولیه پردازش حرارتی نشان می دهد ، جایی که اتمها در امتداد سطوح ذرات از مناطقی از پتانسیل شیمیایی بالا به مناطق گردن در حال توسعه بین ذرات مهاجرت می کنند. این مکانیسم بدون ایجاد تراکم یا کوچک شدن به رشد گردن کمک می کند. انرژی فعال سازی برای انتشار سطح به طور معمول پایین تر از مکانیسم های انتشار فله است و به تشکیل گردن اجازه می دهد تا در دماهای نسبتاً پایین شروع شود.
انتشار حجم ، که از طریق شبکه کریستالی از طریق مهاجرت خالی اتفاق می افتد ، با پیشرفت روند به طور فزاینده ای غالب می شود. این مکانیسم شامل اتم هایی است که از مرزهای دانه به مناطق گردن منتقل می شوند ، مستقیماً به تراکم و کوچک شدن مشخصه مشاهده شده در اجزای MIM کمک می کنند. میزان انتشار حجم از رابطه آرنیوس با دما پیروی می کند و تقریباً هر 20-30 درجه افزایش دما را برای اکثر سیستم های فلزی افزایش می دهد.
انتشار مرز دانه یک مسیر حمل و نقل سریع برای مهاجرت اتمی فراهم می کند ، به ویژه در سیستم های پودر - مشخصه MIM قابل توجه است. فراوانی مرزهای دانه در پودرهای ریز فشرده ، مسیرهای انتشار بیشماری-} را ایجاد می کند و باعث تسریع در سینتیک ادغام در مقایسه با سیستم های پودر درشت تر می شود. این مکانیسم در طول پردازش مرحله - به ویژه در هنگام تخلخل به هم پیوسته شروع به کروی و جداسازی می کند.
تجسم میکروسکوپی فرآیند پخت و پز که نشان دهنده تشکیل و رشد گردن ذرات در مراحل مختلف درمان حرارتی است
پردازش مرحله اولیه
مرحله اولیه پخت و پز بلافاصله پس از رسیدن به دما شروع می شود که تحرک اتمی قابل توجه است ، به طور معمول در حدود 0.5- 0.6 برابر دمای ذوب مطلق. در طی این مرحله ، تشکیل گردن در نقاط تماس ذرات از طریق انتشار مرز سطح و دانه آغاز می شود. شعاع گردن به دنبال یک قدرت- رابطه قانون با زمان ، بیان شده به عنوان (x/a)^n= bt ، که در آن x شعاع گردن است ، a شعاع ذرات است ، n یک مکانیزم است- وابسته ، B یک ثابت وابسته به دما است و T زمان است.
برای سیستم های MIM با استفاده از پودرهای کروی با اندازه ذرات متوسط 10- 20 میکرومتر ، مرحله اولیه به طور معمول به گردن - به- نسبت شعاع ذرات 0.3- 0.4 قبل از انتقال به انتقال مرحله واسطه می رسد. مشخصه اندازه ذرات ریز از پودرهای MIM منجر به مناطق سطحی بیش از 0.5 متر مربع در گرم می شود و نیروی محرک قابل توجهی را برای تشکیل گردن فراهم می کند. این انرژی سطح بالا باعث افزایش سینتیک سریع مرحله اولیه می شود ، با تشکیل گردن قابل اندازه گیری در طی چند دقیقه در دمای پردازش معمولی اتفاق می افتد.
تراکم مرحله میانی
مرحله میانی نشان دهنده مرحله تراکم اولیه است ، جایی که تخلخل از حدود 40 ٪ به 5- 8 ٪ کاهش می یابد. در این مرحله ، کانال های منافذ اولیه نامنظم به شبکه های هموار و به هم پیوسته تبدیل می شوند. تکامل ساختار منافذ از اصول ترمودینامیکی پیروی می کند که تغییرات انحنای سطح سطح را به حداقل می رساند ، و در نتیجه قطر کانال منافذ یکنواخت و رابط های صاف و محکم منافذ ایجاد می شود.
تراکم در طول - مرحله پخت و پز در درجه اول از طریق مکانیسم های مرز دانه و انتشار حجم اتفاق می افتد. سینتیک را می توان با مدل های مختلف توصیف کرد ، با مدل مرحله-} Hansen و همکاران. ارائه پیش بینی های دقیق برای سیستم های MIM. این مدل عملکرد همزمان مکانیسم های انتشار چندگانه را به خود اختصاص داده و نرخ تراکم را به عنوان توابع دما ، زمان و اندازه ذرات پیش بینی می کند.
"مرحله پخت و پز واسطه ای دوره بحرانی را نشان می دهد که اکثر تراکم در آن رخ می دهد ، با کنترل دقیق دما برای تعادل در کاهش تخلخل در برابر رشد دانه ضروری است. حتی انحرافات کوچک از پروفایل دمای بهینه می تواند منجر به تراکم ناقص یا رشد بیش از حد دانه شود ، هر دو به طور قابل توجهی بر خصوصیات مکانیکی نهایی تأثیر می گذارند."
- از "تئوری پخت و پز پیشرفته برای متالورژی پودر" توسط استاد رابرت K. آلمانی ، دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا ، 2020
رفتار انقباض در طول پردازش مرحله -} در MIM به طور معمول از الگوهای قابل پیش بینی پیروی می کند ، با مقادیر انقباض خطی بسته به چگالی بسته بندی اولیه و خصوصیات پودر از 12 {4} 20 ٪. کنترل این انقباض از طریق پارامترهای فرآیند مناسب ، تحمل های بعدی را در طی 0.3-0.5 ± 5 ٪ برای عملیات MIM کنترل شده کنترل می کند.
تحکیم مرحله آخر
پردازش مرحله - وقتی که تخلخل باقیمانده جدا شده و ناپیوسته می شود ، به طور معمول با تراکم نسبی بیش از 92 ٪ شروع می شود. نیروی محرکه برای ادامه تراکم با کاهش سطح منافذ کاهش می یابد و در نتیجه سینتیک تراکم به تدریج کندتر می شود. منافذ جدا شده ممکن است از نظر ترمودینامیکی پایدار شوند وقتی فشار گاز در منافذ بسته باعث انقباض رانندگی فشار مویرگی شود.
براساس تحقیقات اخیر که در مجله بین المللی متالورژی پودر منتشر شده است ، "حذف تخلخل باقیمانده در طول مرحله نهایی {{0} مرحله پخت و پز اجزای MIM نیاز به بهینه سازی دقیق دما و جو در منافذ بسته دارد ، می تواند در برابر انقباض بیشتر ، پراکندگی یا هیدروژن {{2} relizal}}}}}}} سطح بیش از 98 ٪ از نظری "(جانسون ، DL ،" تئوری پیشرفته و عمل برای برنامه های MIM ، "مجله بین المللی متالورژی پودر ، جلد {6} ، NO {7} ، 2021 ، PP. 45-62).
رشد دانه در طول مرحله نهایی - به طور فزاینده ای معنی دار می شود و مرزهای دانه برای کاهش انرژی بین سطحی در حال مهاجرت است. رشد بیش از حد دانه می تواند خصوصیات مکانیکی ، به ویژه مقاومت در برابر خستگی و سختی تأثیر را بدتر کند. بنابراین ، چرخه های حرارتی باید الزامات تراکم را در برابر درشت ریزساختاری از طریق پروفایل دما- تعادل برقرار کنند.
منحنی پیشرفت چگالی در سه مرحله پخت و پز ، نشان دادن رابطه بین دما ، زمان و تراکم نسبی
مواد و خصوصیات پودر برای پردازش MIM
معیارهای انتخاب پودر
انتخاب پودرهای مناسب برای پخت و پز تقلید نیاز به بررسی دقیق عوامل مختلف از جمله توزیع اندازه ذرات ، مورفولوژی ، ترکیب شیمیایی و شیمی سطح دارد. پودرهای بهینه بهینه اندازه ذرات متوسط (D50) را بین 4-12 میکرومتر با توزیع اندازه نسبتاً باریک نشان می دهند (انحراف استاندارد هندسی<2.5). This size range balances consolidation activity against handling difficulties and oxidation susceptibility associated with ultrafine powders.
مورفولوژی پودر کروی ، که به طور معمول از طریق اتمی سازی گاز تولید می شود ، ویژگی های بسته بندی برتر و رفتار جریان را در مقایسه با ذرات نامنظم فراهم می کند. چگالی شیر پودرهای MIM کروی به طور معمول به 50 {3} 65} 65 ٪ چگالی نظری می رسد و باعث تراکم سبز بالاتر و رفتار انقباض قابل پیش بینی تر می شود. پودرهای پودر شده با آب ، در حالی که اقتصادی تر هستند ، مورفولوژی های نامنظم را نشان می دهند که ممکن است به فرمولاسیون های خاص و شرایط پردازش نیاز داشته باشد.
| نوع ماده | اندازه ذرات معمولی (D50) | دامنه دما پخت | تراکم قابل دستیابی |
|---|---|---|---|
| فولاد ضد زنگ 316L | 8-12 μm | درجه 1320-1380 | 96-98% |
| فولاد ضد زنگ 17-4ph | 6-10 μm | درجه 1300-1360 | 97-99% |
| فولادهای آلیاژ کم | 10-15 μm | درجه 1120-1250 | 95-97% |
| TI-6AL-4V | 4-8 μm | 1200-1350 درجه | 95-98% |
مواد MIM مشترک و ویژگی های پردازش آنها
فولادهای ضد زنگ ، به ویژه نمرات 316L و 17-4PH ، بیشترین حجم تولید MIM را نشان می دهد. این مواد به راحتی در جوی های هیدروژن یا خلاء در دمای 1250-1380 درجه تلفیق می شوند. حضور کروم نیاز به جوهای کم نور شبانه (<-40°C) to prevent oxidation and maintain corrosion resistance. Processed densities typically exceed 96% with appropriate treatment, achieving mechanical properties comparable to wrought materials.
فولادهای آلیاژ کم - از جمله ترکیبات Fe-} 2NI و Fe-0.8C گزینه های اقتصادی را برای کاربردهای ساختاری ارائه می دهند. این مواد به طور موثری در جوهای هیدروژن نیتروژن با درجه 1120-1250 انجام می شوند. کنترل کربن از طریق مدیریت جو برای دستیابی به خصوصیات مکانیکی مورد نظر و ثبات بعدی بسیار مهم است.
آلیاژهای تیتانیوم به دلیل میل زیاد آنها به عناصر بینابینی ، چالش های منحصر به فردی را ارائه می دهند. پخت و پز نیاز به خلاء بالا دارد (<10^-4 torr) or high-purity argon atmospheres with oxygen levels below 50 ppm. Typical processing temperatures range from 1200-1350°C for Ti-6Al-4V, achieving densities of 95-98% with careful process control.
تصاویر SEM که نشان دهنده مورفولوژی ذرات پودرهای فلزی مختلف است که در MIM استفاده می شود ، از جمله فولاد ضد زنگ ، فولاد آلیاژ کم و آلیاژهای تیتانیوم
کنترل و مدیریت جو در هنگام پخت
مورد نیاز جو و اثرات
جو پخت و پز چندین نقش مهم در پخت و پز را ایفا می کند: جلوگیری از اکسیداسیون ، تسهیل کاهش اکسید ، کنترل میزان کربن و از بین بردن اجزای باقیمانده باقیمانده. سطح شدید پودرهای MIM (که اغلب بیش از 1 متر مربع در گرم است) باعث خلوص جو در مقایسه با متالورژی پودر معمولی می شود.
اتمسفر هیدروژن شرایط کاهش یافته مناسب برای بیشتر آلیاژهای آهنی و مس {{0} را فراهم می کند. فشار جزئی هیدروژن باید از مقدار تعادل برای کاهش اکسید فلزی در دمای پردازش فراتر رود ، به طور معمول نیاز به نقاط شبنم زیر {4} 40 درجه دارد. هیدروژن خالص پتانسیل کاهش حداکثر را ارائه می دهد اما ممکن است باعث ایجاد دفع کننده در فولادهای حاوی کربن شود ، و نیاز به کنترل پتانسیل کربن از طریق افزودنیهای هیدروکربن دارد.
پردازش خلاء خطرات آلودگی را از بین می برد و از بین بردن گونه های فرار از جمله اتصال دهنده های باقیمانده و محصولات واکنش تسهیل می کند. سطح خلاء از 10^-3 تا 10^-5 TORR برای اکثر مواد MIM اثبات می کند ، با فلزات واکنشی مانند تیتانیوم که به سطح خلاء بالاتر نیاز دارند. عدم وجود انتقال حرارت همرفت در خلاء برای اطمینان از یکنواختی دما ، نیاز به طراحی دقیق کوره دارد.
کنترل و نظارت بر فرآیند
کوره های پخت و پز مدرن شامل سیستم های کنترل و تنظیم سیستم کنترل جو پیشرفته ، سرعت جریان و خلوص در زمان واقعی {{0}. نظارت مداوم به نقطه شبنم ، شرایط کاهش کافی را تضمین می کند ، در حالی که کنترل پتانسیل کربن از طریق نسبت CO/CO2 یا CH4/H2 سطح کربن مورد نظر را در آلیاژهای آهنی حفظ می کند.
یک مطالعه جامع در علوم و مهندسی مواد A نشان می دهد که "نظارت بر جو-} زمان نظارت بر زمان پخت و پز ، به ویژه فشار جزئی اکسیژن و پتانسیل کربن ، کنترل دقیق ریزساختار و خواص نهایی را امکان پذیر می کند. اجرای سیستم های کنترل جو حلقه بسته- intondations توانایی را نشان می دهد که در زیر وجود دارد. بیش از 10،000 قسمت "(تامپسون ، RA ، و همکاران ،" اثرات جو بر کنترل بعدی در MIM ، "علم و مهندسی مواد A ، جلد {10} ، 2021 ، 141089).
پارامترهای اصلی جو
فشار جزئی اکسیژن (کنترل سطح PPM)
نقطه شبنم (<-40°C for most metallic systems)
پتانسیل کربن (0.05-1.2 ٪ برای آلیاژهای آهنی)
سرعت جریان و یکنواختی
کنترل فشار (برای سیستم های خلاء)
سیستم کنترل جو پیشرفته برای کوره های پخت و پز ، شامل -} نظارت بر زمان و بسته- کنترل حلقه از ترکیب گاز ، نقطه شبنم و پتانسیل کربن
پردازش فاز مایع در سیستم های MIM
پردازش مداوم فاز مایع
برخی از سیستم های MIM از پخت و پز فاز مایع مداوم برای دستیابی به تراکم سریع و خصوصیات مکانیکی برتر استفاده می کنند. آلیاژهای سنگین مانند W - ni - ترکیبات آهن این رویکرد را مثال می زنند ، جایی که فاز اتصال دهنده Ni {3} fe تقریباً در 1460 درجه ذوب می شود در حالی که تنگستن جامد است.
فاز مایع حمل و نقل سریع مواد را از طریق انحلال - مکانیسم های تجدید نظر مجدد فراهم می کند ، و به چگالی کامل در 30- 60 دقیقه در مقایسه با ساعت های لازم برای پردازش حالت جامد می رسد.
فاز مایع باید ذرات جامد را به طور مؤثر خیس کند (زاویه تماس<90°) and exhibit finite solid solubility to enable dissolution-reprecipitation. The volume fraction of liquid typically ranges from 5-35%, with higher fractions risking shape distortion through gravitational slumping or liquid phase migration.
فاز مایع گذرا
پخت فاز مایع گذرا زمانی اتفاق می افتد که تشکیل مایع موقت قبل از تحکیم از طریق ادامه انتشار ، تراکم را تسریع می کند. فاز مایع Supersolidus (SLPs) یک برنامه کنترل شده را نشان می دهد که در آن پودرهای آلیاژ شده قبل- کمی بالاتر از دمای جامد خود گرم می شوند و 1-5 ٪ فاز مایع را در مرزهای دانه و سطوح ذرات ایجاد می کنند.
فولادهای ابزار از جمله نمرات M2 و M4 از SLP ها برای دستیابی به تراکم سریع ضمن حفظ توزیع کاربید برای مقاومت در برابر سایش استفاده می کنند. مایع گذرا بازآرایی ذرات و حمل و نقل سریع جرم را قبل از تحکیم از طریق همگن سازی تسهیل می کند. این رویکرد با حداقل رشد دانه و درشت کاربید ، 98-99 ٪ دستاورد چگالی را امکان پذیر می کند.
مقایسه ریزساختاری بین پخت و پز حالت جامد (سمت راست) و فاز مایع (سمت چپ) که نشان دهنده افزایش تراکم و پیوند در مواد فرآوری شده فاز مایع است
فن آوری های پیشرفته برای پردازش حرارتی MIM
برنامه های پردازش پلاسما جرقه
SINK PLASMA SINTERING (SPS) ، همچنین با نام Field - asserved Technology (FAST) ، جریان الکتریکی پالس شده را مستقیماً از طریق جمع و جور پودر در حین گرمایش اعمال می کند. این تکنیک میزان گرمایش سریع بیش از 100 درجه در دقیقه و کاهش دمای پردازش را در مقایسه با روشهای معمولی امکان پذیر می کند. برای کاربردهای MIM ، SPS در ضمن دستیابی به چگالی کامل ، پتانسیل حفظ ریزساختارهای ماوراءرافتی را ارائه می دهد.
مکانیسم های تقویت کننده SPS با کمک های پیشنهادی از تشکیل پلاسما ، الکترومپراسیون و گرمایش ژول موضعی در تماس های ذرات مورد بحث قرار می گیرد. صرف نظر از مکانیسم ، شواهد تجربی نشان دهنده کاهش 100-200 درجه در دمای پردازش برای مواد مختلف MIM ضمن حفظ یا بهبود خصوصیات مکانیکی است.
تحولات پردازش مایکروویو
پخت مایکروویو از تابش الکترومغناطیسی در 2.45 یا 28 گیگاهرتز برای تولید گرمایش حجمی از طریق مکانیسم های از دست دادن دی الکتریک استفاده می کند. این رویکرد مزایای بالقوه ای از جمله گرمایش انتخابی ذرات پودر ، کاهش زمان پردازش و سینتیک انتشار افزایش یافته را ارائه می دهد. با این حال ، از دست دادن دی الکتریک کم اکثر فلزات در دمای اتاق نیاز به رویکردهای گرمایش ترکیبی با ترکیب عناصر گرمایش مایکروویو و معمولی دارد.
تحولات اخیر در پردازش مایکروویو از اجزای MIM امکان سنجی برای مواد خاص از جمله فولادهای ضد زنگ و آلیاژهای مغناطیسی را نشان می دهد. زمان پردازش در مقایسه با روشهای معمولی در حالی که دارای تراکم قابل مقایسه و خصوصیات مکانیکی است ، در مقایسه با روشهای معمولی 50 {3} 3} 70} کاهش می یابد. ویژگی گرمایش حجمی پردازش مایکروویو یکنواختی درجه حرارت برتر را برای اجزای بزرگ یا پیچیده-ژنومتری فراهم می کند.
سیستم پخت پلاسما جرقه
کنترل کیفیت و خصوصیات در طول پردازش حرارتی
در تکنیک های نظارت بر Situ-
عملیات پخت و پز مدرن به طور فزاینده ای در قابلیت های نظارت بر Situ برای ردیابی پیشرفت تراکم و تشخیص ناهنجاری های فرآیند ، در قابلیت های مانیتورینگ SITU وجود دارد. Dilatometry داده های انقباض زمان واقعی- واقعی را فراهم می کند ، و امکان تعیین دقیق انتقال مرحله پردازش و بهینه سازی پروفایل های گرمایش را فراهم می کند. سیستم های پیشرفته شامل اتصالات دیفرانسیل هستند ، و رفتار نمونه را در برابر منابع بی اثر برای جدا کردن تغییرات بعدی از اثرات انبساط حرارتی مقایسه می کنند.
نظارت بر انتشار آکوستیک حوادث ریزساختاری از جمله تشکیل ترک ، تحول فاز و رشد سریع دانه را تشخیص می دهد. امضاهای صوتی با پدیده های پردازش خاص ارتباط دارند و امکان تشخیص زودرس نقص را فراهم می کنند. ادغام با سیستم های کنترل فرآیند اجازه می دهد تا پارامتر خودکار تنظیم شود تا از انتشار نقص جلوگیری شود.
POST - توصیف پردازش
خصوصیات جامع از اجزای MIM پردازش شده حرارتی شامل اندازه گیری بعدی ، تعیین چگالی ، تجزیه و تحلیل ریزساختاری و آزمایش مکانیکی است. بازرسی بعدی با استفاده از ماشین های اندازه گیری مختصات (CMM) یا سیستم های اسکن نوری ، مطابق با مشخصات طراحی و تأیید پیش بینی های انقباض را تأیید می کند.
اندازه گیری چگالی از طریق اصل Archimedes ارزیابی سریع از کامل بودن پخت را فراهم می کند. تراکم هدف به طور معمول از 95 ٪ از نظری تجاوز می کند و 98 ٪ برای فرآیندهای بهینه قابل دستیابی است. خصوصیات تخلخل باقیمانده از طریق تجزیه و تحلیل تصویر یا پوروسیمتری نفوذ جیوه ، توزیع اندازه منافذ و ارتباط متقابل بر خصوصیات مکانیکی را نشان می دهد.
معاینه ریزساختاری از طریق میکروسکوپ نوری و الکترونی اندازه دانه ، توزیع فاز و جمعیت نقص را نشان می دهد. پراش پشتی الکترونی (EBSD) اطلاعات بافت کریستالوگرافی مربوط به خصوصیات ناهمسانگرد را فراهم می کند. تجزیه و تحلیل شیمیایی از طریق انرژی - طیف سنجی پراکندگی (eds) یا طول موج-} طیف سنجی پراکندگی (WDS) همگن ترکیب را تأیید می کند و آلودگی یا تفکیک را مشخص می کند.
در dilatometry situ -
نظارت واقعی - نظارت بر تغییرات بعدی در هنگام پخت و پز برای بهینه سازی پروفایل های حرارتی و تشخیص ناهنجاری های پردازش.
تجزیه و تحلیل ریزساختاری
بررسی دقیق ساختار دانه ، توزیع فاز و تخلخل برای اعتبارسنجی اثربخشی پخت.
تست مکانیکی
ارزیابی استحکام کششی ، سختی و سختی برای تأیید دستیابی به خاصیت مکانیکی.
بهینه سازی فرآیند و عیب یابی
بهینه سازی نرخ گرمایش
میزان گرمایش در هنگام پخت و پز به طور قابل توجهی بر تکامل ریزساختاری و خصوصیات نهایی تأثیر می گذارد. گرمایش سریع رشد دانه را از طریق کاهش زمان قرار گرفتن در معرض در دمای متوسط به حداقل می رساند اما ممکن است شیب حرارتی ایجاد کند که باعث اعوجاج یا ترک خوردگی می شود. نرخ گرمایش بهینه این عوامل رقیب را در حالی که قابلیت های کوره و نیازهای تولید را در نظر می گیرد ، متعادل می کند.
پروفایل های گرمایش مرحله Multi- برای پردازش MIM به ویژه مؤثر است. گرمایش آهسته اولیه (2-5 درجه در دقیقه) از طریق دامنه 400-800 درجه ، برداشتن اتصال کامل را تضمین می کند و از شوک حرارتی جلوگیری می کند. گرمایش سریع (10-20 درجه در دقیقه) از طریق دمای میانی رشد دانه را به حداقل می رساند در حالی که رویکرد نهایی کندتر (5-10 درجه در دقیقه) به دمای پردازش یکنواختی دما را تضمین می کند.
نقص و راه حل های پردازش مشترک
تحریف
از انقباض یکنواخت ، اثرات گرانشی یا اصطکاک با وسایل پشتیبانی ، از غیر - ناشی می شود.
راه حل ها:طرح های پشتیبانی بهینه شده با استفاده از وسایل فلزی سرامیکی یا نسوز با حداقل منطقه تماس ، انتخاب دمای پردازش مناسب برای جلوگیری از تشکیل بیش از حد فاز مایع و اجرای نرخ خنک کننده کنترل شده مانع از شیب حرارتی- ناشی از جنگ.
تخلخل باقیمانده
خصوصیات مکانیکی را محدود می کند و ممکن است ناشی از دمای یا زمان پردازش کافی باشد ، آلودگی جلوگیری از تراکم کامل یاگازهای به دام افتاده در منافذ بسته.
راه حل ها:افزایش زمان درمان یا افزایش دما در محدودیت های رشد دانه ، بهبود خلوص جو و الگوهای جریان و استفاده از جو خلاء یا هیدروژن که باعث از بین رفتن گاز می شود.
مشکلات کنترل کربن
به عنوان decarburization یا carburization ، بر خصوصیات مکانیکی و ثبات بعدی در آلیاژهای آهنی تأثیر می گذارد.
راه حل ها:جو دقیق کنترل پتانسیل کربن مطابق با ترکیب آلیاژ ، انتخاب مناسب از مواد تنظیم کننده جلوگیری از انتقال کربن و نظارت بر میزان کربن از طریق آزمایش سختی یا تجزیه و تحلیل شیمیایی.
ملاحظات اجرای صنعتی و تولید
انتخاب و طراحی کوره
MIMINTERING صنعتی از طرح های مختلف کوره ای بهینه شده برای مواد خاص و حجم تولید استفاده می کند. کوره های دسته ای انعطاف پذیری را برای چندین آلیاژ و کار توسعه ارائه می دهند اما توان را محدود می کنند. کوره های مداوم نرخ تولید و ثبات برتر را ارائه می دهند اما برای مواد خاص نیاز به تنظیمات اختصاصی دارند.
کوره های پرتوی پیاده روی یک طراحی مداوم محبوب برای تولید MIM را نشان می دهد و قطعات را از طریق مناطق مختلف دما در تیرهای سرامیکی یا فلزی حمل می کند. این طرح تماس با بخشی ، کاهش آلودگی و خطرات اعوجاج را به حداقل می رساند. مناطق گرمایش به طور معمول 6-12 متر با حداکثر دمای آن بسته به مواد پردازش شده به 1400-1600 درجه می رسند.
کوره های Pusher پردازش مداوم اقتصادی را برای تولید حجم بالا {{0} بالا ارائه می دهند. قطعات در صفحات تنظیم کننده یا قایق ها از طریق مناطق گرمایشی سفر می کنند و برای جلوگیری از چسبیدن یا آلودگی به طراحی دقیق نیاز دارند. تنظیمات Multi-} تنظیمات در حالی که یکنواختی دما را در 5 درجه حفظ می کند ، توان حداکثر توان را حداکثر می کند.
ملاحظات اقتصادی
مرحله پخت و پز 15-25 ٪ از کل هزینه های پردازش MIM را از طریق مصرف انرژی ، گاز جو و استهلاک تجهیزات سرمایه نشان می دهد. بهینه سازی با تمرکز بر بهره وری انرژی از طریق بهبود عایق ، گرمایش بهبودی و کاهش زمان پردازش ، مزایای هزینه قابل توجهی را فراهم می کند.
مصرف گاز جو هزینه اصلی عملیاتی را تشکیل می دهد ، به ویژه برای فرآیندهای مبتنی بر هیدروژن {0}. سیستم های چرخشی با قابلیت تصفیه ، مصرف گاز را با 60 {4} 80} 80} 80} 80} 80 ٪ کاهش می دهد. جوهای جایگزین از جمله مخلوط نیتروژن هیدروژن کاهش هزینه را برای مواد سازگار ارائه می دهند.
استراتژی های بهینه سازی هزینه
اجرای طرح های کوره منطقه Multi- برای بهینه سازی استفاده از انرژی
استفاده از سیستم های بازیافت جو برای کاهش مصرف گاز
بهینه سازی زمان چرخه از طریق پروتکل های گرمایش شتاب
اجرای تعمیر و نگهداری پیش بینی برای کاهش خرابی
کوره پخت و پز پرتوی مداوم صنعتی برای تولید MIM با حجم بالا -
تحولات آینده و فن آوری های نوظهور
ادغام تولید افزودنی
همگرایی فن آوری های تولید MIM و افزودنی وعده می دهد آزادی طراحی و کاهش چرخه توسعه. اتصال چسبان از مواد اولیه MIM هندسه های پیچیده ای را که بیش از قابلیت های قالب گیری تزریق است ، در ضمن استفاده از فرآیندهای پخت و پز ایجاد می کند. این رویکرد ترکیبی انعطاف پذیری طراحی تولید افزودنی را با خصوصیات مواد MIM و پایان سطح ترکیب می کند.
تحولات اخیر در رسوب فلزی محدود ، رشته - چاپ سه بعدی مبتنی بر فرآیند محرومیت کاتالیزوری و تثبیت حرارتی حاصل از MIM را ترکیب می کند. این رویکرد امکان تولید توزیع شده از قطعات با کیفیت MIM- را بدون زیرساخت های قالب گیری تزریق امکان پذیر می کند ، به ویژه برای حجم کم- یا تولید سفارشی.
هوش مصنوعی و برنامه های یادگیری ماشین
الگوریتم های یادگیری ماشین به طور فزاینده ای از بهینه سازی فرآیند پخت و پز از طریق تشخیص الگوی در داده های تولید تاریخی پشتیبانی می کنند. شبکه های عصبی که بر روی پارامترهای فرآیند و نتایج کیفیت آموزش دیده اند ، شرایط پردازش بهینه را برای مواد یا هندسه های جدید پیش بینی می کنند و باعث کاهش زمان توسعه و الزامات تکرار می شوند.
کنترل فرایند زمان واقعی - با استفاده از هوش مصنوعی به داده های نظارت بر Situ در- پاسخ می دهد ، تنظیم پروفایل دما و شرایط جو برای حفظ کیفیت با وجود تغییرات ورودی. این سیستم ها توانایی کاهش نرخ ضایعات را 30-50 ٪ در حالی که بهبود قوام بعدی در طول تولید را نشان می دهد.
خطوط تولید MIM