Ako aplikovať vysokoteplotné{0}}zliatiny pri výrobe foriem?

一, Správne prispôsobenie fyzikálnych vlastností vysokoteplotných{0}}zliatín potrebám formy
Vysokoteplotné{0}}zliatiny sú kovy vyrobené zo železa, niklu a kobaltu, ktoré vydržia dlhú dobu v situáciách s vysokými teplotami a veľkým stresom, napríklad nad 600 stupňov . Tri rozmery ukazujú jeho hlavné výhody:
Niklové-vysokoteplotné{1}}zliatiny si stále dokážu udržať medzu klzu nad 600 MPa pri 800 stupňoch Celzia, čo je trikrát pevnejšie ako štandardná oceľ H13. Formy z niklovej zliatiny K403-vydržia náraz predvalkov z titánovej zliatiny pri 1200 stupňoch pri kovaní turbínových kotúčov leteckých motorov. Životnosť jednej formy sa zlepšila z 200-krát pre tradičné materiály na 1500-krát.
Odolnosť proti tepelnej únave: Vysokoteplotné zliatiny môžu vytvárať špeciálny „samoobslužný“ oxidový povlak zmenou veľkosti a rozloženia fázy (Ni ∝ (Al, Ti)). Po 5 000 tepelných cykloch je vo formách zo zliatiny železa GH2135-používaných vo formách na odlievanie výfukových potrubí{7}}po 5 000 tepelných cykloch iba 1/5 toľko povrchových trhlín ako vo formách z ocele 5CrNiMo.
Odolnosť proti korózii: Kompozitná oxidová vrstva Cr ₂ O3/Al ₂ O3, ktorá sa tvorí na povrchu vysokoteplotných zliatin, môže účinne blokovať prechod chloridových iónov, keď sa technické polyméry s retardérmi horenia pokazia. Vo vstrekovacích formách pre elektronické spoje vydržia formy vyrobené zo zliatiny Inconel 718 8-krát dlhšie ako formovacia oceľ DC53 a na povrchu výrobku nie sú žiadne korózne škvrny.
2, Technologický pokrok v nastavení bežných aplikácií
1. Letectvo: Kopírovanie štruktúr vo veľmi drsných prevádzkových podmienkach
Pri vytváraní ľahkých spojov pre drony z materiálu PEEK musí byť forma schopná zvládnuť teplotu taveniny 380 stupňov a vstrekovací tlak 150 MPa. Za týchto pracovných podmienok tradičná formovacia oceľ vykazuje veľké tečenie, avšak formy vyrobené z kobaltovej-vysokoteplotnej-zliatiny HS-21 nie:
Zlepšením dizajnu topológie sa hrúbka steny jadra zvýšila z 12 mm na 6 mm, čo znížilo hmotnosť o 55 %.
Povlak TiAlN vyrobený fyzikálnym naparovaním (PVD) má povrchovú tvrdosť HV3200.
V reálnej výrobe sa zmeny veľkosti menšie ako 0,02 mm musia udiať počas 500 000 vstrekovacích cyklov.
2. Odvetvie nových energetických vozidiel: nájdite rovnováhu medzi dlhou životnosťou a vysokou účinnosťou
Pri výrobe rúrok na chladiacu vodu s batériou pomocou lisovania PA66+GF30 sa sklenené vlákno opotrebuje na forme rýchlosťou 0,03 mm každých tisíc opakovaní. Formy z vysokoteplotných zliatin-na báze niklu{5}} vyrobené procesom práškovej metalurgie:
Tvrdosť pracovnej vrstvy môže dosiahnuť HRC58 vytvorením gradientných funkčných materiálov (FGM), zatiaľ čo matrica zostáva pevná na HRC42.
Namiesto štandardného obrábania elektrickým výbojom použite rezanie ultra-vysokotlakovým vodným lúčom, aby bol povrch dutiny menej drsný, od Ra1,6 μm do Ra0,4 μm.
V reálnom živote sa životnosť formy zvýšila z 80 000 použití na 400 000 použití a náklady na kus klesli o 65 %.
3. Balenie pre polovodiče: dlhotrvajúca-istota presnosti na úrovni mikrometrov
Rozostup kolíkov v baliacich formách QFN je len 0,3 mm, preto koeficient tepelnej rozťažnosti formy (CTE) musí byť veľmi blízko tejto. Forma z vysokoteplotnej zliatiny z-niklu na báze niklu-vyrobená procesom smerového tuhnutia:
CTE sa zníži na 12 × 10⁻⁶/stupeň reguláciou orientácie kryštálov a kompatibilita s keramickými výplňovými materiálmi sa zvýši o 40 %.
Konformný kanál chladiacej vody vyrobený technológiou laserového selektívneho tavenia (SLM) umožňuje rovnomernejšiu teplotu formy, ktorá sa pohybuje od ± 15 stupňov do ± 3 stupňov.
V reálnej výrobe sa miera deformácie produktu znížila z 0,5 % na 0,15 % a miera výťažnosti vzrástla na 99,8 %.
3, Nové a vylepšené spôsoby výroby vecí
1. Aditívna výroba používaná spôsobmi, ktoré menia veci
Zvyčajný problém výroby vecí z kovových foriem, ktoré dokážu zvládnuť vysoké teploty, rieši technológia 3D tlače:
Návrh na optimalizáciu topológie: Pomocou softvéru Altair OptiStruct sme návrh odľahčili, čím sme znížili hmotnosť určitej formy lopatiek leteckého motora z 1,2 tony na 680 kg a urobili ju o 25 % tuhšou.
Štruktúra s funkčným gradientom: Technika LPBF (laser powder bed melting) vytvára prechodovú zónu s gradientom tvrdosti medzi pracovnou vrstvou formy a vrstvou substrátu, aby sa zbavila koncentrácie napätia.
Náhodný chladiaci systém: Použitie softvéru Magics na zlepšenie architektúry vodnej cesty zefektívnilo chladenie veľkej krycej formy o 40 % a skrátilo čas cyklu o 35 %.
2. Veľký krok vpred v technológii spevnenia povrchov
Striekanie plameňov nadzvukovou rýchlosťou (HVOF): Povrch dutiny formy je potiahnutý WC-12Co, ktorý má tvrdosť až HV1400 a je päťkrát odolnejší voči opotrebovaniu ako podkladový materiál.
Plazmová nitridácia je proces, ktorý využíva plazmu na sťaženie vecí. Hlboká nitridácia (0,3 mm) zvyšuje tvrdosť povrchu formy na HV1100 pri zachovaní rovnakej húževnatosti jadra.
Oprava laserovým povlakom: Prášok zliatiny Inconel 625 sa používa na fixáciu opotrebovanej oblasti a pevnosť spojenia medzi opravnou vrstvou a substrátom je viac ako 400 MPa.
4, Trendy v ekonomike a priemysle
Formy z vysokoteplotnej zliatiny stoja spočiatku 3 až 5-krát viac ako bežné formy, ale ich cena počas celého životného cyklu je veľká:
V automobilovom priemysle stálo použitie vysokoteplotnej zliatiny na formu nárazníka určitého modelu auta o 800 000 juanov viac na každú sadu foriem, ale ušetrilo sa 12 miliónov juanov na ročných výrobných nákladoch, pretože čas cyklu sa skrátil o 25 % a miera výnosu sa zvýšila o 12 %.
V oblasti letectva a kozmonautiky: Použitie zliatiny na báze kobaltu-v kovacej zápustke určitého typu disku turbíny motora predĺžilo životnosť formy z 50 kusov na 300 kusov a znížilo náklady na výrobu jedného kusu o 78 %.
Technológia digitálneho dvojčaťa umožnila predvídať cyklus údržby vysokoteplotných zliatinových foriem s presnosťou ± 50 hodín. Zvýšila tiež celkovú efektivitu zariadení (OEE) na viac ako 85 %. Odhaduje sa, že celosvetový trh s vysokoteplotnými zliatinovými formami bude mať do roku 2028 hodnotu viac ako 4,5 miliardy USD so zloženou ročnou mierou rastu 12,3 %. Formy na aditívnu výrobu budú tvoriť viac ako 30 % tohto trhu.