Kuri medžiaga yra atspariausia -3D spausdintų metalinių dalių dilimui?
Palik žinutę
Pramoninėje gamyboje 3D-atspausdintų metalinių dalių atsparumas dilimui yra tiesiogiai susijęs su įrangos eksploatavimo trukme, veikimo efektyvumu ir net sauga. Susidūrę su sudėtingomis struktūromis arba suasmenintais reikalavimais, kaip iš medžiagų bibliotekos išsirinkti „atsparumo dilimui karalių“? Šiame straipsnyje analizuojama pagrindinė pasirinkimo logika iš trijų perspektyvų: medžiagos savybių, taikymo scenarijų ir procesų suderinamumo.
1. Atsparumo dilimui esmė: medžiagos sudėtis lemia viršutinę našumo ribą
Metalo atsparumas dilimui iš esmės yra jo gebėjimas atsispirti dilimui, kuris yra glaudžiai susijęs su jo kietumu, kietumu, mikrostruktūra ir cheminiu stabilumu. Naudojant 3D spausdinimą, šios trys medžiagos yra geriausi pasirinkimai dėl atsparumo dilimui dėl jų kompozicinių pranašumų:
1. Kobaltas-chromo lydiniai: medicinos ir pramonės „dėvėjimui atsparus duetas“
Kobalto{0}}chromo lydiniai (CoCr) garsėja dideliu stiprumu, atsparumu korozijai ir biologiniu suderinamumu. Jų kietumas gali siekti HRC 40{5}}50, gerokai viršijantis įprasto nerūdijančio plieno kietumą. Medicinos srityje 3D-atspausdinti kelių ir klubų protezai, pagaminti iš CoCr lydinių, pasižymi dideliu atsparumu dilimui, atlaiko dešimtmečius trunkantį žmogaus judėjimą ir trintį. Pramonėje naudojami vožtuvai ir siurbliai, pagaminti iš CoCr lydinių, išlaiko mažą nusidėvėjimą net skystoje aplinkoje, kurioje yra smėlio dalelių. Pavyzdžiui, naftos bendrovė naudoja kobalto ir chromo lydinį gręžimo įrangos dalims spausdinti, o tai pasiekia tris kartus ilgesnę tarnavimo laiką nei tradicinių medžiagų.
2. Aukštos-silicio aliuminio lydiniai: „Dėvėjimui{2}}atsparus skydas“, skirtas aukštos-temperatūros aerodinaminei aplinkai
Didelio-silicio aliuminio lydinių, pvz., AlSi60, silicio kiekis yra iki 60 %, sudarydami daug smulkių silicio fazės dispersijų, o tai žymiai padidina matricos kietumą. Ši medžiaga ypač gerai veikia aukštoje-temperatūroje, aukšto{5}slėgio dujų aplinkoje ir dažniausiai naudojama reaktyvinių variklių degimo kamerose ir aerodinaminių kreiptuvų komponentuose. Jo atsparumas dilimui atsiranda dėl silicio fazės „kietųjų dalelių efekto“: kai atsiranda trintis, silicio dalelės veikia kaip miniatiūriniai guoliai, kad sumažintų tiesioginį kontaktą, o aliuminio matrica suteikia tvirtą atramą, kad išvengtų trapių lūžių.
3. Įrankinis plienas: „Dėvėjimui-atsparus tvirtas vaikinas“, skirtas sunkiosioms- mašinoms
Paimkite, pavyzdžiui, H13 karšto apdirbimo štampavimo plieną, kurio kietumas iki HRC 50-55, jis derina atsparumą aukštai-temperatūrai ir atsparumą terminiam nuovargiui. Naudojant 3D spausdinimą, įrankių plienas dėl optimizuoto miltelių dydžio paskirstymo ir terminio apdorojimo procesų leidžia tiksliai išlieti sudėtingus aušinimo kanalus, todėl jis tinkamas didelio -dėvėjimosi aplinkoje, pvz., įpurškimo formose ir štampavimo štampuose. Automobilių gamintojas naudojo 3D{14}}spausdintas formas, pagamintas iš H13 plieno. Po 100 000 nepertraukiamų liejimo ciklų ertmės paviršius išliko lygus, susidėvėjimas buvo mažesnis nei 0,01 mm.
II. Taikymo pritaikymas: nusidėvėjimui atsparių pavarų medžiagų pasirinkimas
Atsparumas dilimui nėra vienas rodiklis; jis turi būti visapusiškai įvertintas atsižvelgiant į veiklos aplinką:
Aukštos{0}}temperatūrinės trinties taikymui: pirmenybė teikiama nikelio-superlydiniams (pvz., Inconel 718) arba kobalto-chromo lydiniams. Šios medžiagos išlaiko savo kietumą virš 800 laipsnių ir tinka tokiems komponentams kaip orlaivių variklių turbinų mentės ir dujų turbinų degimo kameros.
Korozinei terpei: titano lydiniai (pvz., Ti6Al4V) idealiai tinka jūrinei įrangai ir cheminių medžiagų talpykloms dėl didelio atsparumo rūgštims ir šarmams. Ant jų paviršiaus susidariusi oksido plėvelė blokuoja kontaktą su korozinėmis terpėmis, išlaikant aukštą stiprumą ir atsparumą dilimui.
Mažo{0}}įtempimo ir didelio{1}}ciklo nusidėvėjimo atveju: aliuminio lydiniai (pvz., AlSi10Mg) sukuria grotelių struktūrą 3D spausdinimo būdu. Tai išlaiko lengvumą, o vidinė grotelė paskirsto įtampą, todėl yra tinkama naudoti dažnai vibruojamuose įrenginiuose, pvz., dronų rėmuose ir elektroninių prietaisų korpusuose.
III. Proceso sinergija: 3D spausdinimo technologija padidina medžiagų pranašumus
Medžiagos atsparumas dilimui labai priklauso nuo tikslaus 3D spausdinimo proceso valdymo:
Miltelių dalelių dydžio pasirinkimas: smulkūs milteliai (15-45 μm) tinka didelio-tikslumo dalims, tačiau yra linkę lengvai aglomeruotis. Stambūs milteliai (53-150 μm) užtikrina gerą takumą ir tinka didelio masto komponentams. Pavyzdžiui, spausdinant kobalto ir chromo lydinį smulkiais milteliais, paviršiaus šiurkštumas gali būti iki Ra 3,2 μm, todėl sumažėja trinties koeficientas.
Lazerio parametrų optimizavimas: didelės-galios lazeriai (pvz., 400 W ir daugiau) gali visiškai išlydyti aukšto-lydymosi Maža galia kartu su lėtu nuskaitymo greičiu tinka aliuminio lydiniams, apsaugo nuo šiluminio įtempimo įtrūkimų.
Sutvirtinimas po-apdorojimo: tokie procesai kaip šveitimas ir azotavimas gali sukurti medžiagos paviršių gniuždomąjį įtempių sluoksnį, kuris dar labiau padidina atsparumą dilimui. Pavyzdžiui, įrankio plieno dalių nuovargio tarnavimo laikas gali būti pratęstas 50 % po šratinio šlifavimo. IV. Spąstai, kurių reikia vengti: dažni klaidingi įsitikinimai-atsparių medžiagų pasirinkimui
1 mitas: kuo didesnis kietumas, tuo jis atsparesnis-dėvėjimuisi
Ryšys tarp kietumo ir atsparumo dilimui nėra tiesinis. Pavyzdžiui, grynas titanas yra mažesnio kietumo nei nerūdijantis plienas, bet dėl savaiminio -paviršiaus oksido plėvelės gijimo savybių jis iš tikrųjų yra atsparesnis dilimui. Norint pasirinkti, reikia atlikti išsamų įvertinimą pagal trinties tipą (slydimas/riedėjimas/smūgis).
2 mitas: importuoti milteliai būtinai veiks geriau nei vietiniai
Vidaus įmonės pasiekė didelio{0}}grynumo miltelių gamybos technologijos laimėjimų. Pavyzdžiui, vienas gamintojas gamina AlSi60 didelio-silicio aliuminio lydinio miltelius, kurių grynumas yra 99,9 %. Jo silicio fazės pasiskirstymas yra vienodesnis nei importuotų produktų, be to, jis palaiko pritaikomus dalelių dydžius, todėl yra labiau suderinamas su vietine 3D spausdinimo įranga.
3 mitas: -dėvėjimuisi atsparios medžiagos negali sukurti sudėtingų struktūrų
Pagrindinis 3D spausdinimo pranašumas yra „dizaino laisvė“. Optimizavus topologiją, kobalto -chromo lydiniai gali būti spausdinami į lengvas konstrukcijas su vidiniais srauto kanalais, sumažinant svorį 40 %, išlaikant atsparumą dilimui, pažeidžiant tradicinę atimamosios gamybos praktiką.
Išvada: atsparumas dilimui yra sistemų inžinerijos produktas.
3D{1}}atspausdintų metalinių dalių atsparumas nusidėvėjimui yra bendros medžiagos sudėties, proceso parametrų ir tolesnio apdorojimo technologijos poveikio rezultatas. Nė viena medžiaga nėra universaliai pritaikoma, tačiau moksliniu medžiagų parinkimu ir proceso optimizavimu galima pasiekti optimalų dalies atsparumą dilimui konkrečioje aplinkoje. Gamintojams, užuot ieškojus „labiausiai nusidėvėjimui{5}}atsparios“ medžiagos, geriau sukurti „paklausos-medžiagos-proceso“ modelį,-tai yra raktas į konkurencingumo didinimą 3D spausdinimo eroje.
