Литье металла под давлением, или Металлический порошок MIMэто производственный процесс, набирающий популярность благодаря своей способности производить сложные, высокоточные металлические детали в больших объемах. В основе процесса MIM лежит сырье, состоящее из мелких частиц металлического порошка, смешанного со связующим материалом. При впрыскивании в пресс-форму это сырье позволяет формировать сложные формы, которые было бы трудно или невозможно получить с помощью других технологий металлообработки.

Ключевым компонентом, который делает MIM жизнеспособным, является специализированная Металлический порошок MIM используется. Этот порошок, размер частиц которого обычно не превышает 20 микрон, обеспечивает содержание металла в конечной детали. Однако не все металлические порошки хорошо подходят для MIM. Характеристики порошка, такие как состав, распределение частиц по размерам, морфология, скорость потока и чистота, могут повлиять на процесс литья под давлением и свойства готовых деталей.

В этом руководстве подробно рассматриваются металлические порошки для MIM - что это такое, как они работают и как выбрать правильный порошок. В нем рассматривается все: от методов производства порошков, классификаций и промышленных стандартов до того, как состав и свойства порошка влияют на поведение MIM-сырья и качество деталей. Читайте далее, чтобы получить исчерпывающий обзор этого неотъемлемого сырья для MIM.

Состав металлического порошка MIM

Процесс MIM предусматривает использование широкого спектра металлов и сплавов в качестве основного материала для порошка. Каждый из них обладает различными свойствами - от высокопрочных сталей до сплавов с памятью формы. Общие категории включают:

Таблица: Распространенные составы металлических порошков для MIM и их отличительные качества

Конкретный химический состав является ключевым фактором, определяющим свойства и характеристики конечной MIM-детали. Поэтому производители порошков тщательно контролируют состав, чтобы обеспечить жесткие допуски.

Обычные элементы, легированные основными металлами, такими как железо, никель и кобальт, служат для различных целей:

• Хром, молибден, ванадий - повышают прочность, вязкость, износостойкость
• Углерод, бор, титан - повышают прокаливаемость за счет термообработки
• Никель, марганец - модулируют температуру превращения
• Медь - улучшает электропроводность и устойчивость к коррозии
• Вольфрам, тантал - существенно повышают плотность

Гибкость MIM позволяет разработчикам оптимизировать такие свойства, как жесткость, твердость или электрическое сопротивление для конкретного применения путем тщательного подбора материалов.

Металлический порошок MIM Методы производства

Для получения металлических порошков в масштабах и с точностью, необходимыми для MIM, существует несколько готовых методов. Наиболее известными являются два способа:

Таблица: Сравнение распространенных коммерческих технологий производства металлических порошков MIM

Вторичная обработка, такая как отжиг, дробление, просеивание и смешивание, используется для достижения целевого распределения частиц по размерам, морфологии и других свойств. Готовые к использованию порошки MIM имеют высокую сферичность и контролируемую микроструктуру, соответствующую сплаву и области применения.

Металлический порошок MIM Размер частиц

Определяющим качеством сырья для MIM является мелкий размер частиц, необходимый для достижения высокой плотности спекания и формирования сложной геометрии. Для нержавеющей стали 17-4PH, распространенного сплава для MIM, приведенная ниже диаграмма распределения частиц по размерам показывает типичный диапазон:

Типичное распределение частиц по размерам для газоатомизированной нержавеющей стали 17-4PH согласно стандарту MPIF 35

Основные выводы:

• Более 90% частиц находятся в диапазоне 1-20 микрон
• Средний размер частиц 4-5 микрон
• Порошки, не входящие в это распределение, могут вызвать дефекты формовки или спекания

Контроль размера частиц имеет решающее значение для текучести порошка и плотности упаковки при впрыске. Сверхтонкие частицы могут быть когезионными и агломерировать, в то время как крупные частицы вызывают трение о стенки и неравномерное распределение связующего. Порошки MIM должны обеспечивать баланс между этими факторами.

MIM Морфология металлических порошков

Помимо контроля размера в микроскопическом масштабе, важную роль играют форма и структура поверхности порошка. Газовое распыление позволяет получать высокосферические, гладкие порошки, оптимальные для подачи в MIM.

В сравнении с этим, частицы, распыляемые водой, хотя и имеют более неправильную форму, могут обеспечить лучшее межчастичное трение и прочность зеленой массы. Иногда используются смеси морфологий порошка.

Микрофотографии, сравнивающие распространенные морфологии порошка MIM

Соображения, связанные с морфологией порошка:

• Гладкие, сферические частицы улучшают скорость потока через формовочное оборудование
• Шероховатые частицы со спутниками могут механически сцепляться между собой, повышая прочность зелени
• Неправильные формы делают частицы более плотными и склонными к агломерации

Разработчик сырья подбирает оптимальный баланс между текучестью порошка и адгезией связующего, исходя из потребностей конечной детали.

Стандарты металлических порошков MIM

Принятые во всем мире стандарты помогают определить показатели качества и процедуры испытаний металлических порошков. Они позволяют надежно сравнивать порошки разных поставщиков. Среди них можно выделить следующие:

• Стандарт MPIF 35 - В разделе "Характеристики размера частиц, скорость потока Холла, плотность крана и многое другое" рассматриваются порошки MIM.
• ASTM B833 - Руководство по инструментальным сталям для порошковой металлургии, пригодным для MIM-обработки
• ISO 22068 - Определяет требования к порошкам из нержавеющей стали для MIM

Надежные поставщики порошков тестируют каждую партию порошка и предоставляют документацию, подтверждающую соответствие. Эти спецификации дают составителю MIM-сырья исходные данные для квалификации новых материалов.

Как свойства порошка влияют на обработку MIM

Состав и свойства порошка могут существенно повлиять на каждый этап MIM - от поведения при формовке до конечных свойств материала после спекания.

Эффекты литья под давлением

Характеристики порошка, влияющие на производительность литья под давлением

Подробно о том, как каждый фактор влияет на заполнение формы и качество зеленых деталей:

• Размер частиц - Сверхтонкие порошки препятствуют течению и вызывают дефекты формования. Слишком крупные частицы создают проблемы с сегрегацией связующего.
• Морфология - Гладкие сферические частицы улучшают прохождение через системы подачи. Спутниковые частицы увеличивают трение, но повышают прочность зеленой массы.
• Плотность отвода - Более высокая плотность улучшает упаковку частиц и уменьшает объем связующего.
• Расход воздуха в зале - Измеряет время прохождения 50 г порошка через стандартную воронку. Скорость потока менее 30 секунд свидетельствует о проблемах с когезией.
• Химия - Состав сплава влияет на температуру плавления, кажущуюся плотность, поверхностное натяжение со связующим.

Поведение при спекании

Во время спекания связующее сначала удаляется из формованной ("зеленой") детали, а затем термические процессы сплавляют металлические частицы в плотную структуру. На эти механизмы влияют такие характеристики порошка, как размер частиц, чистота, содержание оксидов и химический состав сплава.

Таблица: Как характеристики порошка влияют на поведение при спекании и качество конечной детали

Благодаря многолетнему опыту производители порошков подбирают параметры, оптимальные для MIM-обработки каждой системы сплавов при соблюдении целевых показателей стоимости.

Градусы Металлический порошок MIM

Для таких распространенных сплавов MIM, как нержавеющая сталь 316L и нержавеющая сталь 17-4PH, закаленная осаждением, предлагается несколько сортов порошка, отвечающих различным требованиям:

Таблица: Сравнение марок порошка MIM из нержавеющей стали 316L

Порошки более высоких марок обычно позволяют получить более тонкие стенки, более тонкие детали, лучшие допуски и механические характеристики. Это связано с более высокой стоимостью порошка, поэтому стандартные марки используются для больших объемов и умеренных свойств, чтобы контролировать цену компонентов.

Цены на металлические порошки MIM

Будучи специализированным материалом, требующим тщательной обработки, порошки MIM стоят дороже стандартных металлических порошков для таких применений, как прессование в порошковой металлургии и аддитивное производство.

Таблица: Примерные диапазоны цен на распространенные металлические порошки MIM

Чтобы компенсировать более высокие затраты на порошок, MIM ориентируется на небольшие сложные компоненты с экономичным крупносерийным производством. Миниатюризация деталей и консолидация дизайна также улучшают структуру затрат.

Факторы, влияющие на цену порошка MIM:

• Стоимость базовых сплавов - драгоценные металлы выше, сырьевые сплавы ниже
• Метод производства - распыление воды дешевле, чем распыление газа
• Дополнительные этапы проверки и контроля качества
• Объем закупок - оптовые цены позволяют получить скидки за объем
• Динамика рынка - колебания цен на сырье и энергоносители приводят к изменчивости цен

Обработка металлических порошков MIM

Для предотвращения загрязнения и сохранения текучести порошки MIM необходимо правильно обрабатывать:

• Храните запечатанные порошки в прохладной, сухой, инертной среде, чтобы свести к минимуму окисление
• Избегайте прямого солнечного света или ультрафиолетового излучения, чтобы предотвратить микроструктурные повреждения
• Обращайтесь с контейнерами и транспортируйте их с осторожностью; используйте заземленное оборудование для предотвращения накопления статического заряда
• Разливать и переносить, по возможности, в перчаточных боксах с инертной атмосферой
• Перед использованием тщательно перемешайте контейнеры, чтобы перераспределить размеры частиц и предотвратить их расслоение

Порошки с истекшим сроком годности или загрязненные не должны использоваться в качестве исходного сырья, так как они ухудшают свойства деталей. Всегда следуйте рекомендациям поставщика по правильному обращению с порошками.

Металлический порошок MIM Поставщики

Несколько крупных корпораций стали лидерами рынка, специализируясь на производстве газоатомизированного металлического порошка в масштабах, необходимых производителям сырья для MIM. К числу известных поставщиков порошка для MIM относятся:

Таблица: Основные мировые поставщики специализированных металлических порошков для MIM

Поставщики, пользующиеся хорошей репутацией, производят порошки под строгим контролем качества и проводят всестороннее тестирование продукции, чтобы гарантировать стабильность партии от партии к партии. Типичным является долгосрочное сотрудничество между производителем порошка и изготовителем сырья для MIM.

Часто задаваемые вопросы

Какой металлический порошок чаще всего используется в качестве сырья для MIM?

Рабочей лошадкой MIM является нержавеющая сталь, на которую приходится более 50% рынка металлов MIM. Чаще всего используются нержавеющая сталь 316L и нержавеющая сталь 17-4PH, закаленная осаждением. Устойчивость к коррозии и отличные механические свойства делают нержавеющую сталь идеальным материалом для MIM во многих областях применения.

Почему размер частиц MIM-порошка так мал по сравнению с металлическими порошками для прессования?

Ключевым преимуществом литья металлов под давлением является изготовление очень сложных, тонких форм, которые невозможно получить методом прессования порошка. Для заполнения сложных деталей пресс-формы требуются сверхтонкие порошки размером 5-15 микрон. Мелкий порошок легче проникает в микроскопические детали пресс-формы. Кроме того, мелкие частицы плотнее упаковываются при впрыске, обеспечивая эффективную загрузку связующего.

Насколько сильно металлический порошок MIM влияет на свойства готовой детали?

Характеристики порошка существенно влияют на такие свойства, как прочность, твердость, ударопрочность и коррозионная стойкость конечного компонента. Контроль таких параметров, как распределение частиц по размерам, уровень примесей, содержание кислорода и химический состав сплава, позволяет оптимизировать свойства за счет тщательной спецификации и квалификации порошка.

Почему для порошков MIM важна высокая "скорость потока в зале"?

Для измерения массового расхода порошка через коническую воронку используется стандартизированное оборудование. Она коррелирует с легкостью подачи материала при литье под давлением. Порошки, склонные к комкованию или когезионным силам, ограничивающим поток, имеют низкую скорость потока и вызывают такие проблемы при литье, как короткие выстрелы, неполное заполнение или отделение связующего. Для увеличения скорости потока иногда используются псевдоожижающие добавки.

Как правильно хранить металлический порошок MIM?

Порошки MIM требуют особого обращения для предотвращения порчи перед использованием в сырье. Герметичные контейнеры должны храниться в прохладной, сухой, инертной атмосфере, чтобы свести к минимуму окисление и загрязнение. При хранении и транспортировке избегайте попадания прямых солнечных лучей, повышенной влажности и высоких температур. Заземляйте все погрузочно-разгрузочное оборудование, чтобы предотвратить накопление статического заряда на поверхности порошка. Всегда следуйте рекомендациям поставщика порошка по правильному хранению и обращению.

Заключение

Сверхтонкие сферические металлические порошки, предназначенные для литья металлов под давлением, служат основным сырьем для этого процесса. Их особый состав, диапазон размеров, морфология, структура затрат, требования к обработке, влияние на реологию сырья и качество конечных деталей делают их уникальными по сравнению с другими металлическими порошками.

Благодаря постоянному совершенствованию технологий распыления, методик отбора и контроля качества производители порошков предлагают индивидуальные решения для каждого сплава, которые обеспечивают баланс между производительностью и экономичностью. Выбрав марку порошка, оптимальную для конкретной геометрии, допусков и целевых свойств компонентов, производители MIM могут полностью использовать гибкость процесса в таких областях, как сложные корпуса электроники, медицинские инструменты и высокопроизводительные аэрокосмические компоненты.

С ростом внедрения, расширением ассортимента сплавов и развитием цепочек поставок металлические порошки MIM будут стимулировать дальнейшие инновации в разработке прецизионных металлических компонентов с использованием этого революционного метода производства.

узнать больше о процессах 3D-печати