さまざまな労働条件下で部品に適した金属粉末を選択する方法は？

一、作業条件の要件によって動機付けられた選択：4つの基本的な次元の調査
1。機械的性能の要件
High strength and resistance to fatigue: Aircraft engine blades need to be able to handle high temperatures (>600 °C) and high stresses (>500 MPa）。このためには、ニッケル-ベースの高-温度合金粉末（そのようなGH4169）を使用する必要があります。壊れずに高温に耐えることができ、その降伏強度は1100 MPaに達する可能性があります。
将来のエネルギー車両用のバッテリートレイは、30％以上軽量であり、より高い強度-〜-重量比を持つ必要があります。アルミニウム合金粉末（そのようなAlsi10mg）は、軽量（2.7 g/cm³）と強い（310 MPa）であるため、今では最良の選択です。
摩耗と耐衝撃性：採掘機械ギアは、大きな衝撃を処理できる必要があります。鉄-ベースの粉末冶金材料（銅およびモリブデン合金成分を含む）は、粉末冶金手術によりHRC 55以上の硬度に達することができます。また、通常のスチールの耐摩耗として2倍の摩耗としてです。
2。環境への適応要件
腐食抵抗：オフショアプラットフォームのパイプラインは、海水からの腐食に長い間耐えることができる必要があります。 CL⁻環境では、316Lのステンレス鋼粉末には、+0.3 V（SCE）の孔食抵抗の可能性があり、炭素鋼のそれよりも10倍長い寿命があります。
高温の安定性：ガスタービンの燃焼室は、1200度までの高温を処理できる必要があります。 15％のタングステンをコバルト-ベースの合金粉末（Stellite 6のような）に加えると、HRC 40以上の硬度が高い高温で硬く保つことができます。
低温靭性：液化天然ガスの貯蔵タンク- 196度で作業する必要があります。 TI6AL4Vチタン合金粉末の低温衝撃靭性は、高温等等圧力（股関節）治療の後、50 j/cm²に達する可能性があります。これにより、脆性骨折の可能性が妨げられます。
3。プロセス適応の要件
Additive manufacturing (3D printing): You need to use powders that are very round (>90％）および粒子サイズの範囲が制限されています（15〜53μm）。たとえば、SLM技術を備えたチタン合金成分を印刷しているときに粉末酸素レベルが0.2％を超える場合、層間結合の強度は20％低下する可能性があります。
粉末冶金：ホールの流量は40秒未満でなければならず、バルク密度は3.2 g/cm³を超える必要があります。鉄-ベースの粉末（Fe-2CU-0.8c）の流動性が、車の同期ハブに押し込まれた場合、焼sing後0.5 mm以上の不均一な緑色の密度と変形を簡単に引き起こす可能性があります。
コーティングを密度濃くするには、熱噴霧時に粗い粒子（45〜106μm）を備えた粉末を使用する必要があります。たとえば、航空機のエンジンブレードを固定するためにニコラリーパウダーコーティングを使用すると、コーティングの多孔度が1％未満になり、これは典型的な電気めっき方法の3倍長くなります。
4。経済のニーズ
コストに敏感なアプリケーション：自動車ブレーキカリパーは、鉄-ベースの粉末冶金材料（約20元/kgのコスト）で構成されており、鍛造鋼部品（コストは約50元/kg）よりも60％少ないです。材料利用率は40％から95％に上昇しました。
高性能のニーズ：ニッケル{-ベースの単結晶合金粉末は、航空機エンジンの単結晶タービンブレードを作るために使用されます。この粉末は、1キログラムあたり約5000元です。価格は高くなりますが、エンジンの推力-から-の重量比は、重量が15％削減され、温度抵抗が100度上昇すると20％上昇します。これにより、長い-タームランニングコストで30％を節約できます。
2、典型的な作業条件選択ケースライブラリ
ケース1：航空宇宙産業のチタン合金圧力容器
-196度の低温と330 barの高圧を処理できる必要があり、ASME BPVC標準も満たす必要があります。
選択するためのロジック：
材料：TI6AL4Vチタン合金（引張強度900 MPa、伸長10％）。
手順：電子ビーム融解（EBM）50 MPa未満の残留応力を伴う半球断片の印刷は、SLM手順よりも60％少ないです。
股関節（920度 /150 MPa）で治療した後、材料の密度は99.9％で、疲労寿命は10サイクルに増加しました。
韓国産業技術研究所は、- 196度低温爆発テストを通過した800Lチタン合金圧力容器を作成しました。典型的な鍛造方法よりも40％軽量で25％安かった。
ケース2：生物医学フィールド-股関節インプラント
ISO 13485の標準を満たし、ヒトの骨組織と生体適合性を発揮し、10サイクル以上持続できるようにする必要があります。
選択の理由：
材料：6％モリブデンとHRC 45の硬度を備えたCoCRMO合金粉末。
プロセス：骨細胞が増殖するのに役立つ多孔質構造（60％気孔率、500μmの細孔サイズ）を印刷します。
表面処理：血漿{-は、生物学的活性を向上させるために、ヒドロキシアパタイトコーティング（厚さ50μm）を噴霧しました。
効果：北京大学第3病院の臨床データは、3D印刷されたインプラントが5年間生存する98.7％の確率であることを示しています。これは、従来の鋳造インプラントよりも15％優れています。
ケース3：新しいエネルギー車両のフィールド-モーターローター
磁気損失で20000 rpmの高速で動作する必要があります<5 W/kg and magnetic permeability>1000.
選択方法：
材料：鉄シリコンアルミニウム合金粉末（Fe-6.5％SI-0.5％AL、磁気透過性1200）。
Process: Hot pressing powder metallurgy at 1200 °C and 100 MPa, with a density of 7.6 g/cm³. Insulation treatment: epoxy resin coating (withstand voltage level>3 kV）渦電流損失を削減する。
このアプローチをBYD e -プラットフォーム3.0モーターローターで使用した後、効率は97.5％になり、通常のシリコンスチールローターよりも8％多くエネルギー-効率が得られます。
3、選択決定ツリー：ニーズからソリューションに移行するための4 -ステッププロセス
温度、圧力、腐食性媒体、負荷タイプなどの重要な要因をリストすることにより、運用パラメーターを明確にします。
候補材料のチェックアウト：ASMハンドブックなどの材料データベースを使用して、引張強度、硬度、腐食に対する抵抗など、同様の基本的な品質を持つ材料を見つけます。
プロセスが機能するかどうかを確認します。次のとおりです。粉末流能や焼結縮小速度などのプロセス係数を確認するには、10×10×10 mmのプリントピースなどの小さなテストを行います。
ライフサイクル全体のコストの分析：材料、加工、メンテナンス、障害のコストを合計することにより、総コストが最も低い代替品を見つけます。