Как да прилагаме високо{0}}температурни сплави при производството на матрици?

一, Правилно съпоставяне на физическите качества на високо{0}}температурните сплави с нуждите на матрицата
Високотемпературните-сплави са метали, направени от желязо, никел и кобалт, които могат да издържат дълго време в ситуации с високи температури и голямо напрежение, като например над 600 градуса. Три измерения показват основните му предимства:
Високотемпературните-базирани на никел сплави все още могат да поддържат граница на провлачване от над 600 MPa при 800 градуса по Целзий, което е три пъти по-здраво от стандартната формована стомана H13. Формите от сплави на базата на никел-K403 могат да издържат на въздействието на заготовки от титаниева сплав при 1200 градуса, докато коват дискове на турбини на самолетни двигатели. Продължителността на живота на една форма се е подобрила от 200 пъти за традиционните материали до 1500 пъти.
Устойчивост на термична умора: Високо{0}}температурните сплави могат да генерират специално „само{1}}възстановяващо се“ оксидно покритие чрез промяна на размера и разпределението на „фазата (Ni ∝ (Al, Ti)). Има само 1/5 повече повърхностни пукнатини във формите от сплави на основата на желязо-GH2135, използвани в-формите за леене под налягане на автомобилни изпускателни колектори след 5000 термични цикъла, отколкото в формите от стомана 5CrNiMo.
Устойчивост на корозия: Композитният оксиден слой Cr ₂ O3/Al ₂ O3, който се образува на повърхността на високо-температурни сплави, може ефективно да блокира преминаването на хлоридни йони, когато техническите полимери със забавители на горенето се разрушат. В формите за шприцване с електронно свързване, формите, изработени от сплав Inconel 718, издържат 8 пъти по-дълго от формовъчната стомана DC53 и повърхността на продукта няма петна от корозия.
2, Технологичен напредък в общите настройки на приложението
1. Космонавтика: Копиране на структури при много тежки работни условия
Когато правите леки връзки за дронове от PEEK материал, матрицата трябва да може да издържа на температура на топене от 380 градуса и налягане на впръскване от 150 MPa. При тези работни условия традиционната формована стомана показва много пълзене, но формите, изработени от високотемпературна сплав HS-21 на базата на кобалт-не:
Чрез подобряване на дизайна на топологията, дебелината на стената на сърцевината премина от 12 mm на 6 mm, което намали теглото с 55%.
Покритието TiAlN, направено чрез физическо отлагане на пари (PVD), има повърхностна твърдост HV3200.
При реално производство промени в размера с по-малко от 0,02 мм трябва да се случат в рамките на 500 000 цикъла на впръскване.
2. Нова енергийна автомобилна индустрия: намерете баланс между дълъг живот и висока ефективност
Когато се правят тръби за вода за охлаждане на батерии с компресионно формоване PA66+GF30, стъклените влакна се износват върху матрицата със скорост от 0,03 mm на всеки хиляда повторения. Форми от-базирани на никел високотемпературни сплави, направени чрез процеса на прахова металургия:
Твърдостта на работния слой може да достигне HRC58 чрез създаване на градиентни функционални материали (FGM), докато матрицата остава здрава при HRC42.
Вместо стандартна електроерозионна обработка, използвайте ултра{0}}рязане с водна струя под високо налягане, за да направите повърхността на кухината по-малко грапава, преминавайки от Ra1,6 μm до Ra0,4 μm.
В реалния живот животът на матрицата се е увеличил от 80 000 употреби на 400 000 употреби, а цената на бройка е намаляла с 65%.
3. Опаковка за полупроводници: дълготрайна-гаранция за точност на ниво микрометър
Разстоянието между щифтовете в опаковъчните форми QFN е само 0,3 mm, следователно коефициентът на топлинно разширение (CTE) на матрицата трябва да бъде много близък до този. Форма от високотемпературна сплав-на базата на никел, изработена чрез процес на насочено втвърдяване:
CTE се понижава до 12 × 10⁻⁶/градус чрез регулиране на ориентацията на кристала и съвместимостта с керамични опаковъчни материали се подобрява с 40%.
Конформният канал за охлаждаща вода, направен с технология за лазерно селективно топене (SLM), прави температурата на формата по-равномерна, преминавайки от ± 15 градуса до ± 3 градуса.
При реално производство процентът на деформация на продукта спадна от 0,5% на 0,15%, а процентът на добив се повиши до 99,8%.
3, Новите и подобрени начини за правене на неща
1. Адитивното производство се използва по начини, които променят нещата
Обичайният проблем с правенето на неща от метални форми, които могат да издържат на високи температури, се решава с технологията за 3D печат:
Дизайн за оптимизиране на топологията: Използвайки софтуера Altair OptiStruct, ние направихме дизайна по-лек, като намалихме теглото на определена форма на лопатка на самолетен двигател от 1,2 тона на 680 kg и я направихме с 25% по-твърда.
Структура с функционален градиент: Техниката LPBF (лазерно топене на прахов слой) създава преходна зона на градиент на твърдост между работния слой на матрицата и субстратния слой, за да се отърве от концентрацията на напрежение.
Система за произволно охлаждане: Използването на софтуер Magics за подобряване на архитектурата на водния път направи охлаждането на голяма калъпна форма с 40% по-ефективно и намали времето на цикъла с 35%.
2. Голяма крачка напред в технологиите за армиране на повърхности
Разпръскващи пламъци със свръхзвукови скорости (HVOF): Повърхността на кухината на формата е покрита с WC-12Co, който има твърдост до HV1400 и е пет пъти по-устойчив на износване от материала на субстрата.
Плазменото азотиране е процес, който използва плазма, за да направи нещата по-трудни. Дълбокото азотиране (0,3 mm) повишава твърдостта на повърхността на матрицата до HV1100, като същевременно запазва здравината на сърцевината същата.
Ремонт с лазерна облицовка: Прахът от сплав Inconel 625 се използва за фиксиране на износената зона, а якостта на свързване между ремонтния слой и субстрата е повече от 400MPa.
4, Тенденции в икономиката и индустрията
От-формите от високотемпературни сплави струват 3 до 5 пъти повече от обикновените форми в началото, но ползите от разходите за целия им жизнен цикъл са големи:
В автомобилната индустрия използването на високо{0}}температурна сплав за формата на бронята на определен модел автомобил струва 800 000 юана повече за всеки комплект форми, но спестява 12 милиона юана годишни производствени разходи, тъй като времето за цикъл е съкратено с 25%, а степента на добив се е повишила с 12%.
В областта на космическата промишленост: Използването на сплав-на основата на кобалт в матрицата за коване на определен тип диск на турбината на двигателя удължи живота на матрицата от 50 на 300 броя и намали разходите за изработка на едно парче със 78%.
Цифровата двойна технология направи възможно предвиждането на цикъла на поддръжка на високо{0}}температурни сплави с точност от ± 50 часа. Той също така увеличи общата ефективност на оборудването (OEE) до над 85%. Глобалният пазар за високо-температурни сплави се прогнозира да струва повече от $4,5 милиарда до 2028 г., с общ годишен темп на растеж от 12,3%. Формите за производство на добавки ще съставляват повече от 30% от този пазар.