Презентация на тему: ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЙ

ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЙ
Введение
Гидридно-кальциевая технология получения порошкового сплава.
Теоретическое обоснование
ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЙ
Выбор режимов обработки базового порошка сплава 4822.
ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЙ
Морфология частиц базового порошка и распределение в нем добавки
ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЙ
ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЙ
2. Методы диспергирования расплавов
ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЙ
Диспергирование расплавов потоками энергоносителей
ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЙ
Бесконтактные методы распыления расплавов
ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЙ
3. Аддитивные технологии
ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЙ
ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЙ
Селективное лазерное спекание
ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЙ
Процесс селективного спекания
ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЙ
ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЙ
Получение материала в порошковой металлургией
Преимущества:
Недостатки:
Выводы
Спасибо за внимание
1/29
Средняя оценка: 4.9/5 (всего оценок: 80)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (1329 Кб)
1

Первый слайд презентации

ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЙ СЕЛЕКТИВНОЙ ЛАЗЕРНОЙ СПЕКАНИИ С ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РК КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КУТЖАНОВ М.К. Группа МЕТ 13-2 (ЛП) Караганды 2017

Изображение слайда
2

Слайд 2: Введение

Аддитивные технологии (АТ) получения металлических изделий относятся к наиболее перспективным и активно развивающимся направлениям производства ответственных сложнопрофильных изделий, в том числе деталей газотурбинного двигателя (ГТД). Так, австралийские исследователи продемонстрировали уникальные возможности АТ, напечатав на промышленном 3D-принтере два работающих реактивных двигателя. Один из двигателей был показан на авиашоу в Авалоне, второй можно увидеть в Тулузе в компании ≪ Microturbo ≫ (Франция). Использование АТ в двигателестроении позволяет сократить время производства детали, уменьшить количество технологических операций и отходов, увеличить точность изделия, а также повысить надежность и эксплуатационные характеристики получаемых изделий за счет полного исключения объемной ликвации и структурных дефектов. Технологии центробежного распыления весьма разнообразны, наиболее перспективно плазменное центробежное распыление с торца прутковой заготовки. Главным достоинством этого метода является полное исключение контакта расплава с тиглем или разливочными устройствами, что позволяет получать порошки реакционноспособных и тугоплавких металлов, представляющих наибольший интерес для современного двигателестроения. Благодаря данной технологии изготавливают качественные сферические гранулы современных жаропрочных никелевых и титановых сплавов, в том числе интерметаллидных, путем плазменного распыления торца цилиндрической заготовки (электрода) заданного состава, вращающейся со скоростью от 15 до 20 тыс. об./мин.

Изображение слайда
3

Слайд 3: Гидридно-кальциевая технология получения порошкового сплава

Метод гидридно-кальциевого синтеза заключается в следующем. Шихта, состоящая из порошков оксидов (

Изображение слайда
4

Слайд 4: Теоретическое обоснование

В ходе процесса синтеза сплавов, состоящих из нескольких компонентов, протекает ряд элементарных превращений. При нагреве шихты вначале происходит разложение

Изображение слайда
5

Слайд 5

Для оценки влияния температуры восстановления были получены экспериментальные партии порошков сплава Ti —50Al при t = 900÷1200 °C. При этом избыток гидрида кальция во всех случаях составлял 50 мас.%. Результаты содержания кислорода в порошках сплава Ti —50Al представлены на рис. 1.1. Как видно из его данных, восстановление при t = 900÷1050 °C приводит к достаточно высокой остаточной концентрации кислорода в готовом порошке Ti —50Al, а при t = 1100÷1200 °C она находится на приемлемом уровне — около 0,2 мас.%. Рис. 1 Влияние температуры восстановления на концентрацию кислорода в порошке Ti –50ат.%Al

Изображение слайда
6

Слайд 6: Выбор режимов обработки базового порошка сплава 4822

Введение модифицирующей добавки оксида иттрия осуществляли с использованием ПЦМ или ШВМ. Недостатком этих способов является протекание окислительных процессов в обрабатываемом порошке, обладающем высоким сродством к кислороду. Поэтому в ходе исследований определяли прирост концентраций кислорода и азота в процессе приготовления смеси порошка сплава 4822 и модифицирующей добавки

Изображение слайда
7

Слайд 7

Смесительное устройство Режим обработки Коэффициент заполнения барабана ( ϕ ) Отношение масс размольных тел и материала ПЦМ Гравитационный коэффициент K = 90 g 0,55 15 : 1 ШВМ Режим перекатывания при n = 0,65 0,45 6 : 1 Вследствие недопустимого прироста концентрации кислорода в процессе обработки базового порошка в ПЦМ данный режим был исключен, и в дальнейшем для ввода добавки

Изображение слайда
8

Слайд 8: Морфология частиц базового порошка и распределение в нем добавки

Важной задачей при создании композитных материалов является достижение равномерности распределения упрочняющих частиц по объему изделия, так как от этого зависят однородность структуры и механические свойства готового изделия. Обработка порошковых смесей в ШВМ при различных режимах может приводить к сильному наклепу материала, а также к натиранию железа. Наклеп порошка TiAl-сплава затруднит или сделает невозможным процесс компактирования смеси без добавления пластификатора, а примесь железа будет образовывать нежелательные интерметаллидные соединения, ухудшающие эксплуатационные свойства жаропрочного материала. Поэтому необходимо определить оптимальный режим обработки порошковой смеси сплава 4822 с добавкой оксида иттрия в количестве 0; 1,0 и 1,5 об.%, позволяющий максимально равномерно распределить частицы

Изображение слайда
9

Слайд 9

В табл. 2 представлены результаты полуколичественного ЭД-анализа смеси, на основании которых построена карта распределения химических элементов, позволяющая судить о равномерности распределения. Исходя из массового соотношения алюминия и титана, полученного с помощью ЭД-анализа, а также диаграммы состояния Аl — Ti, можно утверждать, что частицы сплава 4822 состоят из двух фаз: TiAl +

Изображение слайда
10

Слайд 10

По оптимизированной технологии спекания, отработанной на экспериментальных образцах, был получен спеченный электрод длиной 600 мм и диаметром 60 мм с пористостью менее 2 %, предназначенный для распыления на гранулы. Рис. 2 Спеченный электрод из порошкового гидридно-кальциевого сплава 4822, полученный гидростатическим прессованием и вакуумным спеканием при 1470 °С На сегодняшний день более 90 % всех порошков, применяемых в АТ, получают методами диспергирования расплава, которые условно можно разделить на три группы: газовое распыление, бесконтактное и центробежное.

Изображение слайда
11

Слайд 11: 2. Методы диспергирования расплавов

Центробежное распыление представляет собой один из основных видов диспергирования расплавов металлов, имеющих высокое сродство к кислороду. На практике используют три способа: способ быстровращающегося электрода; способ вращающегося диск; способ вращающегося перфорированного стакана. По способу вращающегося электрода распыление расплава проводят с торца расходуемой быстровращающейся (со скоростью 2 000–20 000 об/мин) заготовки цилиндрической формы. Образование на торце заготовки тонкой пленки расплавленного металла (10–30 мкм) происходит за счет действия на нее электрической дуги, потока плазмы или мощного электроннолучевого зонда.

Изображение слайда
12

Слайд 12

При других схемах диспергирования плавление металла проводят автономно, вне зоны распыления. Струю расплава подают на вращающийся со скоростью до 24 000 об/мин диск, на его вогнутой поверхности образуется пленка жидкого металла, от которой затем отрываются капли частицы размером < 100 мкм. Кристаллизация капель происходит в атмосфере инертного газа. Скорость кристаллизации – 105–106 °С/с. Толщина пленки расплава на торце вращающегося электрода определяется по выражению Рис. 3 Схемы установок для центробежного распыления расплавов металлов: а – способ вращающегося электрода: 1 – противоэлектрод ; 2 – быстровращающийся электрод; 3 – пленка расплавленного металла; б – способ вращающегося диска: 1 – водоохлаждаемый диск; 2 – пленка металла; 3 – тигель с расплавом металла

Изображение слайда
13

Слайд 13: Диспергирование расплавов потоками энергоносителей

На практике при использовании газа используют три основные схемы подачи (направления на расплав) энергоносителя: поток газа обтекает струю расплава соосно ; поток газа направлен к струе расплава под некоторым углом (наиболее распространено распыление с углом атаки от 20 до 60°); поток газа направлен к струе расплава под прямым углом. Для распыления свободно истекающей струи металла или сплава с точкой ликвидуса до 1 600 °С используют схему с вертикальным расположением форсуночного устройства (рис. 2.3, а). Подобная схема обеспечивает высокую производительность процесса. Кроме того, эта схема позволяет применять различные энергоносители (воздух, азот, аргон, гелий, углекислый газ). В некоторых случаях газообразные энергоносители специально подогреваются. Легкоплавкие металлы (с ликвидусом до 800 °С) могут распыляться путем подачи энергоносителя через горизонтальные, расположенные друг напротив друга трубы (рис. 2.3, б), с множеством отверстий для выхода газа. Расплав металла подается в зону распыления сразу из нескольких последовательно расположенных металлоприемников.

Изображение слайда
14

Слайд 14

Ограниченное распространение имеет схема с горизонтальным расположением форсуночного устройства инжекционного типа. Подобная схема предусматривает подачу расплава непосредственно из плавильного пространства печи под давлением газа. Подобную схему в основном применяют для получения порошков алюминия, свинца, олова, цинка и некоторых припоев. Рис. 4 Схемы распыления расплава воздействием струи газа: а – схема с вертикальным расположением форсуночного устройства: 1 – металлоприемник ; 2 – струя расплава; 3 – форсуночное устройство; 4 – кольцевое сопло Лаваля ; б – схема многоструйного форсуночного элемента трубчатого типа: 1 – металлоприемник ; 2 – трубопроводы; 3 – отверстия для выхода газа; 4 – струя расплава; 5 – струи газа.

Изображение слайда
15

Слайд 15: Бесконтактные методы распыления расплавов

Бесконтактные методы диспергирования расплава основаны на использовании мощных импульсов электрического тока, пропускаемых через твердый или жидкий металлический проводник, а также электромагнитныхт полей. Если пропустить разряд тока большой величины через тонкую металлическую проволоку, то она практически мгновенно испарится с образованием атомарного пара металла, конденсация которого приведет к формированию отдельных частиц порошка. Размеры частиц будут зависть от величины токового импульса, диаметра проволоки, атмосферы, в которой произошло распыление.

Изображение слайда
16

Слайд 16

Рис. 5 Схемы бесконтактных методов распыления расплава: а – пропускание тока по струе расплава: 1 – тигель; 2 – электроды; 3 – индуктор; 4 – расплав; 5 – камера; 6 – сборник порошка; б, в – при наложении электромагнитного поля (б – на струю, в – на расплав): 1 – металлоприемник ; 2 – электромагнитная катушка; 3 – струя раслава. Если ток проходит по жидкому проводнику, то возникает магнитное давление, направленное по радиусу к центру струи расплава, приводящее к ее распаду на капли-частицы размером 10–500 мкм. При диспергировании жидкого металла с помощью электромагнитного поля силы, которые инициируются в индукционной катушке, действуют либо на струю, сжимая и разрушая ее, либо непосредственно на расплав, выдавливая его по каплям из отверстия в канале.

Изображение слайда
17

Слайд 17: 3. Аддитивные технологии

Аддитивные технологии производства позволяют изготавливать любое изделие послойно на основе компьютерной 3D-модели. Такой процесс создания объекта также называют «выращиванием» из-за постепенности изготовления. Если при традиционном производстве в начале мы имеем заготовку, от которой потом отсекаем все лишнее, либо деформируем ее, то в случае с аддитивными технологиями из ничего (а точнее, из аморфного расходного материала) выстраивается новое изделие. В зависимости от технологии, объект может строиться снизу-вверх или наоборот, получать различные свойства. Общую схему аддитивного производства можно изобразить в виде следующей последовательности:

Изображение слайда
18

Слайд 18

Схематично различия в традиционном и аддитивном производстве можно изобразить следующей схемой:

Изображение слайда
19

Слайд 19

Первые аддитивные системы производства работали главным образом с полимерными материалами. Сегодня 3D-принтеры, олицетворяющие аддитивное производство, способны работать не только с ними, но и с инженерными пластиками, композитными порошками, различными типами металлов, керамикой, песком. Аддитивные технологии активно используются в машиностроении, промышленности, науке, образовании, проектировании, медицине, литейном производстве и многих других сферах.

Изображение слайда
20

Слайд 20: Селективное лазерное спекание

Здесь строительным (модельным) материалом являются сыпучие, порошкообразные материалы, а лазер является не источником света, а источником тепла, посредством которого производится сплавление частичек порошка. Селективное лазерное спекание характеризуется малой зоной термического воздействия и высокими скоростями охлаждения материала при плавлении, что способствует образованию его мелкозернистой структуры. После СЛС у металла наблюдается мелкодисперсная структура. Размер зерен составляет ~ 3÷5 мкм, что благоприятно сказывается как на пластических, так и на прочностных свойствах материала. Высокая локализация энерговклада и значительные скорости охлаждения препятствуют росту зерна, в отличие от технологии порошковой металлургии, характеризующейся большими временами выдержки при спекании, интенсифицирующими рост зерен. Принципиальным отличием от лазерной наплав ки является технология подачи материала, исключающая потери порошка и позволяющая сохранить заданный состав материала, а также размер ванны расплава, который практически на порядок меньше.

Изображение слайда
21

Слайд 21

Развитие этого направления в аддитивной технологий стимулировало и развитие технологий получения порошков металлов. На сегодняшний день номенклатура металлических композиций имеет широкий спектр материалов на основе Ni и Co ( CoCrMO, Inconel, NiCrMo ), на основе Fe (инструментальные стали: 18Ni300, H13; нержавеющая сталь: 316L), на основе Ti (Ti6-4, CpTigr1), на основе Al (AlSi10Mg, AlSi12). Производятся порошки бронз, специальных сплавов, а также драгметаллов – главным образом для нужд дентальной медицины. Рис. 6 Технология лазерного спекание.

Изображение слайда
22

Слайд 22: Процесс селективного спекания

Машина TrumaForm LF 250 (Рис. 7) включает в себя два идентичных, герметично отделенных друг от друга камер процесса, что повышает производительность и гибкость по сравнению с однокамерным машиной. В то время как в одной камере, изготовленные компоненты охлаждаются, новая работа может быть начата во второй камере уже - в случае необходимости, с другим материалом. Обработка порошка встроен в машину для процесса и безопасности труда. Лишний порошок может быть использован после очистки. Для всей системы-машины и лазер-телесервис является стандартным.

Изображение слайда
23

Слайд 23

Рис. 7 - Прямая лазерная формирование: машина TrumaForm LF 250. Селективное лазерное спекание является генеративным лазерным процессом, который используется для создания металлических компонентов непосредственно из данных 3D CAD. Как и в случае других генеративных методов, процесс наращивания происходит послойно (рис. 8), так что могут быть созданы сложные геометрии, такие как полые структуры. В качестве исходных данных для селективного лазерного спекание требуется 3D-модель CAD компонента в области, треугольника или описания слоя в одном из популярных форматов данных. Эти данные CAD готовятся с помощью собственного программного обеспечения TRUMPF's ToPs 900 для этого процесса.

Изображение слайда
24

Слайд 24

Изображение слайда
25

Слайд 25: Получение материала в порошковой металлургией

Образцы, полученные методом порошковой металлургии, характеризуются высокой пористостью ( П), что определяет их низкие физико-механические свойства Столь высокие значения пористости обусловлены в первую очередь тем, что спекание проходит в отсутствие жидкой фазы и усадка осуществляется только за счет медленных диффузионных процессов. Увеличение времени 33 спекания способно лишь гомогенизировать структуру материала, а повышение температуры будет приводить к его оплавлению. Кроме того, в многокомпонентных системах скорости диффузии атомов элементов, образующих сплав, различны, в результате чего при спекании таких композиций возможно проявление эффектов Киркендалла –Френкеля.

Изображение слайда
26

Слайд 26: Преимущества:

Технология лазерного спекание обладает несколькими достоинствами по сравнению с традиционными производственными методами. Наиболее очевидным является возможность быстрого производства геометрически сложных деталей без необходимости механической обработки (т.н. « субтрактивных » методов – фрезеровки, сверления и пр.). Производство практически безотходно, что выгодно отличает лазерное спекание от субтрактивных технологий. Технология позволяет создавать несколько моделей одновременно с ограничением лишь по размеру рабочей камеры. Построение моделей занимает порядка несколько часов, что несоизмеримо более выгодно, чем литейный процесс, который может занимать до нескольких месяцев с учетом полного производственного цикла. При сравнении материалов, полученных разными способами, установлено, что значения твердости при селективном лазерном плавлении намного выше, чем при использовании порошковой металлургии. Детали с комплексной геометрией могут быть выполнены целиком, а не из составных частей, что благоприятно влияет на качество и стоимость изделий. Так как СЛС не требует специальных инструментов (например, литейных форм) и не производит большого количества отходов (как в случае с субтрактивными методами), производство мелкосерийных партий с помощью этой технологии намного выгодней, чем за счет традиционных методов.

Изображение слайда
27

Слайд 27: Недостатки:

• требуются мощный лазер и герметичная камера, в которой создается среда с малым содержанием кислорода; • требуется долгий подготовит • ельный этап для прогрева порошка, а затем нужно ждать остывания полученного образца, чтобы можно было удалить остатки порошка; • в большинстве случаев требуется финишная обработка. • высокие требования к атмосфере, в которой происходит процесс печати. • пористая и шероховатая структура изделия; • низкая скорость процесса

Изображение слайда
28

Слайд 28: Выводы

1. Познакомились с аддитивными технологиями, в том числе с селективным лазерным спеканием. 2. Предложен новый метод двух зон, который позволяет получать изделий с очень плотной структурой имеющий пористость на уровне 1% и ниже. 3. Показано, что благодаря центробежного распыления расплавов технологии изготавливают качественные сферические гранулы современных жаропрочных никелевых и титановых сплавов, в том числе интерметаллидных, путем плазменного распыления торца цилиндрической заготовки (электрода). 3. Оптимальный режим смешивания интерметаллидного гидридно кальциевого порошка сплава 4822 с модифицирующей добавкой

Изображение слайда
29

Последний слайд презентации: ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЙ: Спасибо за внимание

Изображение слайда