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. Metallide tehnoloogiate hulgas on pulbermetallurgia üheks kõige mitmekülgsemaks tootmisharuks.
Ülevaade Pulber – peenestruktuuriline, tahke aine, mille osakese suurus on väiksem kui 1 mm. Pulbriosakeste kogumi käitumine on midagi vahepealset vedelikule ja tahkisele.
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 Inkad – kullapulbrist ehete valmistamine, Delhi käsnrauast monument 300 AD
Tööstusrevolutsioon 19. saj. esimesel poolel Pb tiiglid, mündid 1910. volframtraat hõõglampidele 1920. isemäärivad laagrid 1925. kõvasulamid 1960. detailid autotööstusele 1980. lennuki reaktiivmootori turbiinid Algselt kasutati PM kohtades, kus teised meetodid olid raskendatud või võimatud. Samuti kohtades, kus põhiküsimuseks hind. Sajandi lõpus ja 21 sajandi alguses on aset leidnud muutus – pulbermaterjale kasutatakse valdkondades, kus on vaja äärmiselt kõrgeid materjali omadusi – PM titaanisulamid, supersulamid, alumiiniumi pm jne.
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 Pulber Protsess Omadus Seadmed Katseta mine Mikrostruktuur suurus keemiline koostis kuju voolavus tootmine Seadmed vormimine stantsimine paagutamine ekstrudeermine sepistamine kuumpressimine Katseta mine tihedus tugevus plastsus juhtivus magnetomadused mikrostruktuur Pulber Protsess Omadus Protsesside juures tuleb tähelepanu pöörata pulbrite omadustele – nende koostis, terasuurus, voolamine. Seejärel võimalused nendest detilide valmistamiseks.
Pulbermaterjalide tootmisskeemi 1 2 3 4 5 6. HIP 7 8 Pressimine - paagutamine Kahekordne pressimine-paagutamine Kaudne vormimine Survevaba paagutamine Kuum-pressimine Konteineris Konteinerivaba Konteinerivaba, Sinter/HIP Pulbri sepistamine Infiltreerimine Kompakteerimine (pressvormis, isostaatiline, injektsioonvormimine, lobrivalu, ekstrudeerimine) Esimene kompakteerimine Kompakteerimine Vormimine (pulbri valamine, vibreerimine) Kompakteerimine (pressvormis, isostaatiline või survevaba vormimine) Kompakteerimine (pressvorm) Kompakteerimine (pressvormis või isostaatiline) Eelpaagutamine (plastifikaatori eemaldamine) Esimene paagutamine Eelpaagutamine (tugevuse suurendamiseks) Konteineri täitmine (hermeetiline õhuke terasleht) Kuumutamine vaakumis, tõstmaks tihedust (TT>99.5%) Paagutamine (peab säilima lahtine poorsus) Mehhaaniline lõiketöötlemine (lõppvormi andmine) Paagutamine (vedel- või tahkefaas-) Teine kompakteerimine; Teine paagutamine Paagutamine Kuumpressimine (grafiitpressvorm) Kuumisostaat-pressimine Paagutatud detaili kuumisostaat-pressimine Gaasisurve avaldamine paagutus-temperatuuril Paagutamine või soojendamine Kalibreerimine Kuupsepistamine (pressvormis, >>95%TT) Infiltreerimine (metalli või polümeeriga) Viimistlemine Näited: Mootori osad, magnetid, kontaktorid, filtrid, kõvasulamid, tehnokeraamika Kõrgtugevad mootori komponendid Kõvasulamid, tehnokeraamika Filtrid, membraanid Kõvasulamist tõmbesilmad, eriomadustega keraamika, PM detailid Eritugev tehnokeraamika, jt pulbermaterjalid. Valmisdetaili või poolproduktina Kõvasulamid, erimaterjalid, defektieemaldus Kõvasulamid, erikeraamika Kõrgtugevad legeeritud mootori elemendid Koormust taluvad elektrikontaktid, laagrid, kõrgtugevad mootoriosad
PM, jagunemine materjaligruppide kaupa Konstruktsioonimaterjalid (terased) 95% Muud 5% Pressvormi hind: 1000...20 000 EUR
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 (Nissan Motor and Hitachi Powdered Metals VTEC system and P/M camshaft (Honda Motor and Nippon Piston Ring) 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 General Motors)
Käigukasti osad Kere jm. P/M aluminum rotor for car air conditioner (Sumitomo Electric Industries) P/M hub-synchro eliminated machining (Jatco Trans Technology 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_FW7Q2xO5o&list=PLAFC3CD43EA34BF46 https://www.youtube.com/watch?v=iQIsk44JUYs https://www.youtube.com/watch?v=O7U4HWjYcqo
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=yp4z21-Fnlk&index=11&list=PL6jTpc0so01O4tLCdfiS0BcBHie-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_FW7Q2xO5o&list=PLAFC3CD43EA34BF46