چگونه از آلیاژهای{0}}در دمای بالا در تولید قالب استفاده کنیم؟

一، تطبیق درست کیفیت فیزیکی آلیاژهای-در دمای بالا با نیازهای قالب
آلیاژهای با دمای{0}بالا فلزاتی هستند که از آهن، نیکل و کبالت ساخته شده‌اند که می‌توانند برای مدت طولانی در شرایط دمای بالا و تنش زیاد، مانند دمای بالای 600 درجه، دوام بیاورند. سه بعد مزایای اصلی آن را نشان می دهد:
آلیاژهای{0}}در دمای بالا{1}} مبتنی بر نیکل همچنان می‌توانند استحکام تسلیم بیش از 600 مگاپاسکال در 800 درجه سانتیگراد داشته باشند، که سه برابر قوی‌تر از فولاد قالب H13 استاندارد است. قالب‌های آلیاژی مبتنی بر نیکل{7}}K403 می‌توانند از ضربه شمش‌های آلیاژ تیتانیوم در 1200 درجه دوام بیاورند، در حالی که دیسک‌های توربین موتور هواپیما را جعل می‌کنند. طول عمر یک قالب از 200 برابر برای مواد سنتی به 1500 برابر افزایش یافته است.
مقاومت در برابر خستگی حرارتی: آلیاژهای با دمای{0}بالا می‌توانند با تغییر اندازه و توزیع فاز (Ni ∝ (Al, Ti) یک پوشش اکسیدی خاص "خود ترمیمی" ایجاد کنند. در قالب‌های آلیاژی مبتنی بر آهن GH2135 که در قالب‌های ریخته‌گری قالب‌های منیفولد اگزوز خودروها استفاده می‌شود، تنها 1/5 تعداد ترک‌های سطحی در قالب‌های فولادی 5CrNiMo پس از 5000 سیکل حرارتی وجود دارد.
مقاومت در برابر خوردگی: لایه اکسید کامپوزیتی Cr2O3/Al2O3 که بر روی سطح آلیاژهای با دمای بالا تشکیل می‌شود، می‌تواند به طور موثر عبور یون‌های کلرید را هنگام شکستن پلیمرهای مهندسی با بازدارنده‌های شعله مسدود کند. در قالب های تزریق اتصال الکترونیکی، قالب های ساخته شده از آلیاژ Inconel 718 8 برابر بیشتر از فولاد قالب DC53 دوام می آورند و سطح محصول فاقد لکه های خوردگی است.
2، پیشرفت های تکنولوژیکی در تنظیمات برنامه های رایج
1. هوافضا: کپی برداری از سازه ها در شرایط عملیاتی بسیار سخت
هنگام ایجاد اتصالات سبک وزن برای پهپادها از مواد PEEK، قالب باید بتواند دمای مذاب 380 درجه و فشار تزریق 150 مگاپاسکال را تحمل کند. در این شرایط کاری، فولاد قالب سنتی خزش زیادی نشان می‌دهد، اما قالب‌های ساخته شده از آلیاژ HS-21 با دمای بالا-بر پایه کبالت{4}} چنین نیست:
با بهبود طراحی توپولوژی، ضخامت دیواره هسته از 12 میلی‌متر به 6 میلی‌متر رسید که وزن را تا 55 درصد کاهش داد.
پوشش TiAlN ساخته شده توسط رسوب فیزیکی بخار (PVD) دارای سختی سطح HV3200 است.
در تولید واقعی، تغییرات اندازه کمتر از 0.02 میلی متر باید در 500000 چرخه تزریق اتفاق بیفتد.
2. صنعت خودروهای انرژی جدید: تعادلی بین عمر طولانی و راندمان بالا پیدا کنید
هنگام ساخت لوله های آب خنک کننده بسته باتری با قالب گیری فشرده سازی PA66+GF30، فیبر شیشه با سرعت 0.03 میلی متر در هر هزار تکرار در قالب فرسوده می شود. قالب‌های آلیاژی مبتنی بر{4}}نیکل با دمای بالا- که با استفاده از فرآیند متالورژی پودر ساخته شده‌اند:
سختی لایه کار می تواند با ساخت مواد تابعی گرادیان (FGM) به HRC58 برسد، در حالی که ماتریس در HRC42 سخت می ماند.
به‌جای ماشین‌کاری تخلیه الکتریکی استاندارد، از برش با فشار آب فوق‌العاده-برای اینکه سطح حفره کمتر ناهموار باشد، از Ra1.6 میکرومتر تا Ra0.4 میکرومتر استفاده کنید.
در زندگی واقعی، عمر قالب از 80000 استفاده به 400000 استفاده افزایش یافته است و هزینه هر قطعه 65% کاهش یافته است.
3. بسته بندی برای نیمه هادی ها: تضمین طولانی- دقت در سطح میکرومتر
فاصله پین ​​ها در قالب های بسته بندی QFN تنها 0.3 میلی متر است، بنابراین ضریب انبساط حرارتی قالب (CTE) باید بسیار نزدیک به آن باشد. قالب آلیاژی با درجه حرارت بالا-تک کریستالی مبتنی بر نیکل، ساخته شده توسط فرآیند انجماد جهت دار:
CTE با تنظیم جهت کریستالی به 12 × 10-6/ درجه کاهش می یابد و سازگاری با مواد بسته بندی سرامیکی تا 40٪ افزایش می یابد.
کانال آب خنک کننده منسجم ساخته شده با فناوری ذوب انتخابی لیزری (SLM) دمای قالب را یکنواخت تر می کند و از 15 ± درجه به 3 ± درجه می رسد.
در تولید واقعی، نرخ چرخش محصول از 0.5٪ به 0.15٪ کاهش یافت و نرخ بازده به 99.8٪ رسید.
3، روش های جدید و بهبود یافته ساخت چیزها
1. ساخت افزودنی که به روش هایی استفاده می شود که چیزها را تغییر می دهد
مشکل معمول ساختن چیزهایی از قالب های فلزی که می توانند دماهای بالا را تحمل کنند با فناوری چاپ سه بعدی حل می شود:
طراحی برای بهینه‌سازی توپولوژی: با استفاده از نرم‌افزار Altair OptiStruct، طراحی را سبک‌تر کردیم، وزن یک قالب تیغه موتور هواپیما را از 1.2 تن به 680 کیلوگرم کاهش دادیم و آن را 25٪ سفت‌تر کردیم.
ساختار با گرادیان عملکردی: تکنیک LPBF (ذوب بستر پودر لیزری) یک منطقه انتقال گرادیان سختی بین لایه کار قالب و لایه زیرلایه ایجاد می کند تا از غلظت تنش خلاص شود.
سیستم خنک‌کننده تصادفی: استفاده از نرم‌افزار مجیکس برای بهبود معماری آبراه، خنک‌سازی یک قالب پوششی بزرگ را 40 درصد کارآمدتر کرده و زمان چرخه را تا 35 درصد کاهش داده است.
2. یک گام بزرگ رو به جلو در فناوری تقویت سطوح
پاشش شعله با سرعت های مافوق صوت (HVOF): سطح حفره قالب با WC-12Co پوشانده شده است که سختی آن تا HV1400 است و پنج برابر بیشتر از مواد زیرلایه در برابر سایش مقاوم است.
نیتریدینگ پلاسما فرآیندی است که از پلاسما برای سخت‌تر کردن کارها استفاده می‌کند. نیترید عمیق (0.3 میلی متر) سختی سطح قالب را تا HV1100 افزایش می دهد در حالی که چقرمگی هسته را ثابت نگه می دارد.
تعمیر با روکش لیزری: از پودر آلیاژ Inconel 625 برای تثبیت ناحیه فرسوده استفاده می شود و قدرت اتصال بین لایه تعمیر و زیرلایه بیش از 400MPa است.
4، روند در اقتصاد و صنعت
قالب‌های آلیاژی با دمای بالا در ابتدا 3 تا 5 برابر بیشتر از قالب‌های معمولی هزینه دارند، اما تمام مزیت هزینه چرخه عمر آنها بسیار زیاد است:
در صنعت خودرو، استفاده از آلیاژ با دمای بالا برای قالب سپر یک مدل خودروی خاص 800000 یوان بیشتر برای هر مجموعه قالب هزینه داشت، اما باعث صرفه جویی 12 میلیون یوان در هزینه های تولید سالانه شد زیرا زمان چرخه 25 درصد کاهش یافت و نرخ بازدهی 12 درصد افزایش یافت.
در زمینه هوافضا: استفاده از آلیاژ کبالت{0}}در قالب آهنگری نوع خاصی از دیسک توربین موتور، عمر قالب را از 50 قطعه به 300 قطعه افزایش داد و هزینه ساخت یک قطعه را 78 درصد کاهش داد.
فناوری دوقلوی دیجیتال پیش‌بینی چرخه نگهداری قالب‌های آلیاژی با دمای بالا را با دقت 50 ± ساعت پیش‌بینی کرده است. همچنین راندمان کلی تجهیزات (OEE) را به بیش از 85 درصد افزایش داده است. پیش‌بینی می‌شود که بازار جهانی قالب‌های آلیاژی با دمای بالا تا سال ۲۰۲۸ بیش از ۴.۵ میلیارد دلار ارزش داشته باشد و نرخ رشد سالانه مرکب آن ۱۲.۳ درصد باشد. قالب های تولید افزودنی بیش از 30 درصد از این بازار را تشکیل خواهند داد.