Transcript Sissejuhatus pulbermetallurgiasse (I loeng)

Sissejuhatus
pulbermetallurgiasse
Lauri Kollo
MTX0100 Pulbermetallurgia ja
pindamine
Sisukord






Üldiseloomustus
Tehnoloogia ülevaade
Võrdlus teiste tootmisprotsessidega
PM tehnoloogiline skeem
Pulbrite saamine
Pulbrite ettevalmistamine vormimiseks
Ülevaade


Termini “pulbermetallurgia “ all mõistetakse
teadus- ja tootmisharu, mis tegeleb metallide ja
nende sulamite, ühendite, samuti
mittemetalsete materjalide pulbrite saamisega ja
nendest materjalide ja toodete valmistamisega.
Pulbermaterjalid on materjalid, mis saadakse
pulbertehnoloogia teel.
Ülevaade

Pulber – peenestruktuuriline, tahke aine, mille
osakese suurus on väiksem kui 1 mm.
Ajalugu




3000 e.kr. Egiptuses valmistatakse
terasepulbritest tööriistu
2000 e.kr. Lähis-Idas rauapulbrite sepistamine
käsnrauast
Kullapulbrist valmistatud ehted – 1300 e.kr.
vahemeremaades
Damaskuse teras – 540 a.
Puudusid kõrged temperatuurid
Tööstusrevolutsioon






19. saj. esimesel poolel Pb tiiglid, mündid
1910. volframtraat hõõglampidele
1920. isemäärivad laagrid
1925. kõvasulamid
1960. detailid autotööstusele
1980. lennuki reaktiivmootori turbiinid
PM volframniit hõõglambile
Pulbermetallurgia kasutamine


Konstruktsioondetailide valmistamiseks
asendamaks traditsioonilisi valmistamisviise
(valamine, sepistamine jne). Reeglina saadakse
märgatav materjalide, energia ja tööjõu
kokkuhoid ning alaneb toote omahind.
Eriomadustega materjalide saamiseks, mida
pole sageli võimalik valmistada traditsiooniliste
valmistamisviisidega (poorsed materjalid,
pseudosulamid, kermised jne).
PM valikukriteeriumid
Pulbrist detailiks
Mikrostruktuur
keemiline koostis
voolavus
suurus
kuju
tootmine
Pulber
Seadmed
vormimine
stantsimine
ekstrudeermine
Protsess
paagutamine
sepistamine
kuumpressimine
Katseta mine
tihedus
plastsus
magnetomadused
Omadus
tugevus
juhtivus
mikrostruktuur
Pulbermaterjalide tootmisskeemi
1
2
3
4
5
Pressimine paagutamine
Kahekordne
pressiminepaagutamine
Kaudne
vormimine
Survevaba
paagutamine
Kuumpressimine
6. HIP
Konteineris
Konteinerivaba
Kompakteerimine
Kompakteerimine Kompakteerimine
(pressvormis,
Vormimine (pulbri (pressvormis,
(pressvormis,
isostaatiline,
Esimene
Kompakteerimine
valamine,
isostaatiline või isostaatiline või
injektsioonvormi kompakteerimine
vibreerimine)
survevaba
survevaba
mine, lobrivalu,
vormimine)
vormimine)
ekstrudeerimine)
Eelpaagutamine
(plastifikaatori
eemaldamine)
Esimene
paagutamine
Kompakteerimine
Konteineri
täitmine
(hermeetiline
õhuke terasleht)
Eelpaagutamine
(tugevuse
suurendamiseks)
Konteinerivaba,
Sinter/HIP
7
8
Pulbri
sepistamine
Infiltreerimine
Kompakteerimine
Kompakteerimine
(pressvormis või
(pressvorm)
isostaatiline)
Kuumutamine
vaakumis,
tõstmaks tihedust
(TT>99.5%)
Paagutamine
(peab säilima
lahtine poorsus)
Mehhaaniline
lõiketöötlemine
(lõppvormi
andmine)
Paagutamine
(vedel- või
tahkefaas-)
Teine
kompakteerimine;
Teine
paagutamine
Kalibreerimine
Kalibreerimine
Viimistlemine
Näited:
Viimistlemine
Mootori osad,
magnetid,
kontaktorid, filtrid,
kõvasulamid,
tehnokeraamika
Kõrgtugevad
mootori
komponendid
Paagutamine
(vedel- või
tahkefaas-)
Viimistlemine
Kõvasulamid,
tehnokeraamika
Paagutamine
Viimistlemine
Filtrid,
membraanid
Kuumpressimine Kuumisostaat(grafiitpressvorm)
pressimine
Viimistlemine
Viimistlemine
Paagutatud
detaili
kuumisostaatpressimine
Viimistlemine
Eritugev
Kõvasulamist
tehnokeraamika,
tõmbesilmad,
Kõvasulamid,
jt
eriomadustega
erimaterjalid,
pulbermaterjalid.
defektieemaldus
keraamika, PM
Valmisdetaili või
detailid
poolproduktina
Gaasisurve
avaldamine
paagutustemperatuuril
Paagutamine või
soojendamine
Kuupsepistamine
(pressvormis,
>>95%TT)
Infiltreerimine
(metalli või
polümeeriga)
Viimistlemine
Viimistlemine
Viimistlemine
Kõvasulamid,
erikeraamika
Kõrgtugevad
legeeritud
mootori
elemendid
Koormust taluvad
elektrikontaktid,
laagrid,
kõrgtugevad
mootoriosad
PM, jagunemine materjaligruppide
kaupa


Konstruktsioonimaterjalid (terased)
Muud

Pressvormi hind: 1000...20 000 EUR
95%
5%
Metallipulbrite tootmismahud
Pulbermetallurgia eelised,
konstruktsioonimaterjalid





Konkureerib protsessidega – valamine,
sepistamine;
Väikesed pinnakareduse näitajad
Võimalus toota väikeseid ning kompleksse
kujuga detaile
Väike jäätmete osakaal (materjalide kasutamise
tegur 95…97%)
Energia kokkuhoid (50…80%). Madalamad
temperatuurid, operatsioonide väike arv.
Tootmishind ühiku kohta
Näide:
Veoauto käigukasti
segment

Pulbermetallurgia tööstus
Pulbermetallurgia tööstus
Keskmises autos on ~15 kg pulbermetallurgia teel valmistatud osi
Kasv ~6% aastas

Tehnoloogiate võrdlus
Sobivus erinevatele valmistusmeetoditele
Fe baasil

Tehnoloogiate võrdlus
Sobivus erinevatele valmistusmeetoditele
Al, Mg
baasil

Tehnoloogiate võrdlus
Sobivus erinevatele valmistusmeetoditele
Teised

Tehnoloogiate võrdlus

Kujuvabadus
Tehnoloogiate võrdlus

Detaili mõõtmed
Tehnoloogiate võrdlus

Pinnakaredus
Tehnoloogiate võrdlus

Tolerantsid
Tehnoloogiate võrdlus

Tootmisvahendite hinnavõrdlus
Tehnoloogiate võrdlus

Partii suurused
Automootori osad
Sinter-joined idler sprocket for
engines
VTEC system and P/M camshaft
(Honda Motor and Nippon Piston Ring) (Nissan Motor and Hitachi
Powdered Metals
P/M small gears for ETC system
of direct gasoline injection engines
(Fukui Sinter)
High-strength sintered and forged
connecting-rod (Toyota Motor
P/M valve seat inserts and valve guides
of automobile engines (Nissan Motor)
P/M bearing cap of crankshaft
(made by Zenith sinter products for
Käigukasti osad
P/M hub-synchro eliminated
machining (Jatco Trans Technology
Kere jm.
P/M aluminum rotor for car air
conditioner (Sumitomo Electric
Industries)
P/M sensor rotor for ABS (made
by Jatco Trans Technology for
Nissan Motor
Warm compacted
synchro-rings (Nippon
Piston Ring)
P/M hub-turbine developed
using multi-die and tool system
(Sumitomo Electric)
P/M elinber alloy for angle
velocity sensor of 4WS
automobiles (Denso and
Mitubishi Materials
Bi-metallic magnetic pole piece (Zenith
Sintered Products, Delphi Saginaw
Steering System, General Motor)
Pulbermetallurgia



http://www.youtube.com/watch?v=n_FW7Q2xO
5o&list=PLAFC3CD43EA34BF46
https://www.youtube.com/watch?v=iQIsk44JUY
s
https://www.youtube.com/watch?v=O7U4HWjYc
qo
Pulbermetallurgia suunad,
konstruktsioonimaterjalid
Pulbermetallurgia puudused,
konstruktsioonmaterjalid




Detaili suurus – miniatuurne…maks. 20 kg
Pulbermaterjalide madalamad mehaanilised
omadused (2…3 korda)
Pulbrite suhteliselt kõrge hind
Pressvormide kõrge maksumus – sobib ainult
masstootmiseks (partii vähemalt 25 000…100 000)
Pulbermetallurgia, eriomadustega
materjalid

Materjalid, mida teiste moodustega on keeruline
valmistada






Poorsed laagrid, filtrid
Väga kõrge sulamistemperatuuriga – W, WC-Co
Väga kõrgelt legeeritud materjalid
Liiga kõvad materjalid, et lõiketöödelda
Sulamisel tekib reaktsioon
On vaja sobitada omaduselt väga erinevaid
materjale (Cu-W, Al-SiC, Teemant – Al2O3)
Kõvasulamid

https://www.youtube.com/watch?v=yp4z21Fnlk&index=11&list=PL6jTpc0so01O4tLCdfiS0B
cBHie-vMCNz
PM tehnoloogiline skeem
Pulbrite valmistamine
Pulbrite ettevalmistamine
vormimiseks
Pulbrite vormimine
(pressimine)
Paagutamine
Täiendav töötlemine
PM tehnoloogiline skeem
PM tehnoloogiline skeem
„Tulevikutehnoloogiad“


Metallide 3D printimine
http://www.youtube.com/watch?v=n_FW7Q2xO
5o&list=PLAFC3CD43EA34BF46