Руководство инженера по порошкам тугоплавких металлов

Порошки из тугоплавких металлов позволяют производить чрезвычайно жаропрочные сплавы, не имеющие аналогов в других материалах. В данном руководстве представлены составы огнеупорных порошков, спецификации частиц, данные о свойствах, цены и сравнения для принятия решений о закупках.

Введение в порошки тугоплавких металлов

Основные возможности огнеупорных порошков включают:

• Выдерживают экстремально высокие температуры
• Сохраняют высокую прочность при перепадах температур
• Устойчивость к деформации при ползучести и растрескиванию

Обычно используются следующие сплавы:

• Вольфрам тяжелых сплавов, таких как W-Ni-Cu
• Молибденовый сплав ТЗМ
• Танталовые порошки

В данном руководстве приведены соображения, которые необходимо учитывать при выборе огнеупорных порошков:

• Композиции сплавов и методы их получения
• Данные испытаний механических свойств
• Рекомендации по распределению частиц по размерам
• Морфология, плотность и характеристики потока
• Оценка цен на основе объемов заказов
• Сравнение устойчивости к окислению и коррозии
• Плюсы и минусы по сравнению с твердыми формами
• Вопросы и ответы по оптимизации параметров печати

Порошковые композиции из тугоплавких металлов

Таблица 1 Показаны составы порошков тугоплавких металлов по добавкам первичных элементов с некоторыми изменениями в зависимости от варианта сплава:

Сплав	Основные легирующие элементы
Вольфрам тяжелый сплав	W, Ni, Cu, Fe
Молибден TZM	Mo, Ti, Zr
Тантал	Та

Небольшие добавки углерода, калия, кремния и бора также стабилизируют микроструктуру и размер зерен, обеспечивая сопротивление ползучести при высоких температурах в зависимости от условий эксплуатации.

Механические свойства и методы испытаний

Таблица 2 Показаны типичные минимальные механические свойства, которым отвечают порошковые сплавы из тугоплавких металлов, при этом фактические значения зависят от геометрии, последующей обработки и термообработки:

Сплав	Плотность	** Прочность на разрыв **	Метод испытания
Вольфрам тяжелый сплав	18 г/куб. см	550 МПа	ASTM E8
Молибден TZM	10,2 г/куб. см	485 МПа	ASTM E8
Тантал	16,6 г/куб. см	207 МПа	ASTM E8

Тщательно проверяйте свойства поставляемых партий порошка в соответствии с сертификатами путем отбора образцов для обеспечения соответствия.

Рекомендации по размеру частиц тугоплавких металлов

Таблица 3 показаны общие гранулометрические составы, используемые для производства качественных огнеупорных порошков:

Диапазон размеров	Типичная сетка	Общий диапазон печати
Fine	-325 меш	15-45 мкм
Стандарт	-100 меш	149 микрон
Грубая	-60 +100 меш	250 микрон

Другие важные характеристики порошка:

• Морфология сферических частиц
• Хорошая скорость потока, превышающая время работы воронки в зале 30 с
• Кажущаяся плотность в пределах 5% от истинной плотности
• Низкое содержание кислорода и влаги

Сбалансируйте высокую текучесть порошка с требованиями к разрешению печати с помощью выбора размера частиц и их распределения.

Морфология, плотность и текучесть порошка

Таблица 4 сравнивает характеристики порошка между общими уровнями качества, которые влияют на стойкость процесса печати:

Параметр	Высококачественный порошок	Порошок начального уровня
Морфология	Высокая сферичность	Зазубренный, неровный
Скорость потока	Поток Холла > 35 с для 50 г.	Поток Холла < 25 с для 50 г
Кажущаяся плотность	> 90% истинная плотность	Часто <80% истинной плотности
Содержание влаги	<0,01%	>0,02%

Плохие свойства порошка требуют значительной настройки параметров для достижения качества печати, что снижает производительность.

Ценообразование порошка тугоплавкого металла

Таблица 5 описывает примерные цены на огнеупорный порошок при нормальных рыночных условиях:

Объем заказа	Оценка цены
10 кг	$450+/кг
100 кг	$275+/кг
500+ кг	$200+/кг
1000+ кг	Скидки под ключ

• Премиальные сплавы имеют более высокую базовую цену
• Оптовые заказы свыше 500 кг позволяют снизить цену на >40%
• Фактические рыночные цены, привязанные к товарным индексам
• Тщательно проверяйте истинный выход по сравнению с полезными фракциями, полученными от поставщиков

Свойства устойчивости к окислению и коррозии

Порошки из тугоплавких металлов обладают чрезвычайно высокими температурами плавления и стабильностью в окислительных средах:

Таблица 6

Сплав	Температура плавления	Устойчивость к окислению
Вольфрам тяжелый сплав	1400°C	Отличный
Молибден TZM	2600°C	Отличный
Тантал	2996°С	Экстрим

Свойства обусловлены высоким содержанием хрома, алюминия и кремния, создающих прочные оксидные барьеры, предотвращающие потерю материала даже при экстремальных температурах, близких к температуре плавления.

Плюсы и минусы: порошок и твердые формы

Таблица 7

	Преимущества	Недостатки
Порошок тугоплавких металлов	Сложная геометрия	Более высокая стоимость
Отличная высокотемпературная прочность	Постобработка
Снижение веса	Оптимизация параметров
Тугоплавкий металл Solid	Более низкая стоимость	Пределы формы
Доступность	Очень тяжелый
Обрабатываемость	Материальные отходы

В целом, огнеупорные порошки оправдывают себя при использовании в небольших объемах сложных компонентов, где термическая стойкость имеет большое значение. Стандартные формы изделий предлагают доступные цены для простых форм в больших количествах.

Стратегическое сочетание форм поставок снижает общую стоимость программы.

Вопросы и ответы

Таблица 8 - Общие вопросы:

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ	Отвечать
Нужно ли мне просматривать отчеты о тестировании?	Да, подтвердите данные сертификации, указывающие на качество порошка
Какого размера частицы порошка следует использовать?	15-45 микрон балансирует разрешение и расход
Что влияет на согласованность?	Метод производства влияет на вариабельность - лучше всего вакуумное плавление
Сколько нужно купить на первое время?	Начните с малого, покупайте больше, когда процесс будет проверен

Таблица 9 - Советы, ориентированные на применение:

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ	Отвечать
Как оптимизировать компоненты ракетного сопла?	Для печати каналов толщиной менее 2 мм используйте сверхтонкие порошки W или Mo размером <10 микрон.
Какой метод последующей обработки снижает пористость?	Горячее изостатическое прессование в инертной атмосфере защищает от окисления
Какой огнеупорный сплав обеспечивает максимальное сопротивление ползучести?	Рассмотрим добавки калия, кремния и бора в тяжелые сплавы вольфрама в зависимости от рабочей температуры
Как настроить параметры для получения сверхтонкого разрешения?	Снизить скорость сканирования, увеличить расстояние между штриховками, использовать наименьшую толщину слоя, которую позволяет машина

узнать больше о процессах 3D-печати