Hvordan anvender man høje-temperaturlegeringer til fremstilling af forme?

一, Korrekt afstemning af de fysiske kvaliteter af høj-temperaturlegeringer til støbeformens behov
Høj-temperaturlegeringer er metaller lavet af jern, nikkel og kobolt, som kan holde i lang tid i situationer med høje temperaturer og meget stress, f.eks. over 600 grader. Tre dimensioner viser dens vigtigste fordele:
Nikkel-baserede høj-temperaturlegeringer kan stadig holde en flydespænding på over 600 MPa ved 800 grader Celsius, hvilket er tre gange stærkere end standard H13 formstål. K403 nikkel-baserede legeringsstøbeforme kan overleve påvirkningen fra titanlegeringsblokke ved 1200 grader, mens de smeder turbineskiver til flymotorer. Levetiden for en enkelt form er forbedret fra 200 gange for traditionelle materialer til 1500 gange.
Termisk træthedsmodstand: Høj-temperaturlegeringer kan generere en speciel "selv-helbredende" oxidbelægning ved at ændre størrelsen og fordelingen af ​​'fasen (Ni ∝ (Al, Ti)). Der er kun 1/5 så mange overfladerevner i GH2135-jernbaserede-legeringsforme, der bruges i støbeforme til udstødningsmanifold til biler- efter 5000 termiske cyklusser, som der er i 5CrNiMo-stålforme.
Korrosionsbestandighed: Cr₂ O3/Al₂ O3-kompositoxidlaget, der dannes på overfladen af ​​høj-temperaturlegeringer, kan effektivt blokere passagen af ​​chloridioner, når konstruktionspolymerer med flammehæmmere nedbrydes. I sprøjtestøbeforme til elektronisk forbindelse holder forme lavet af Inconel 718 legering 8 gange længere end DC53 formstål, og produktets overflade har ingen korrosionspletter.
2, teknologiske fremskridt i almindelige applikationsindstillinger
1. Luftfart: Kopiering af strukturer under meget barske driftsforhold
Når man laver letvægtsforbindelser til droner af PEEK-materiale, skal formen kunne klare en smeltetemperatur på 380 grader og et indsprøjtningstryk på 150 MPa. Under disse arbejdsforhold viser traditionelt formstål en del krybning, men forme lavet af kobolt-baseret høj-temperaturlegering HS-21 gør ikke:
Ved at forbedre designet af topologien gik kernevægtykkelsen fra 12 mm til 6 mm, hvilket reducerede vægten med 55 %.
TiAlN-belægningen fremstillet ved fysisk dampaflejring (PVD) har en overfladehårdhed på HV3200.
I reel produktion skal størrelsesændringer på mindre end 0,02 mm ske inden for 500.000 injektionscyklusser.
2. Den nye energibilindustri: find en balance mellem lang levetid og høj effektivitet
Når man laver batteripakke kølevandsrør med PA66+GF30 kompressionsstøbning, slides glasfiberen på formen med en hastighed på 0,03 mm for hver tusinde gentagelser. Nikkel-baserede høje-legeringsforme fremstillet ved hjælp af pulvermetallurgiprocessen:
Arbejdslagets hårdhed kan nå HRC58 ved at lave gradient funktionelle materialer (FGM), mens matrixen forbliver hård ved HRC42.
I stedet for standardbearbejdning af elektrisk udladning skal du bruge ultra-højtryksvandstråleskæring for at gøre overfladen af ​​hulrummet mindre ru, fra Ra1,6 μm til Ra0,4 μm.
I det virkelige liv er støbeformens levetid steget fra 80.000 anvendelser til 400.000 anvendelser, og prisen pr. styk er faldet med 65%.
3. Emballage til halvledere: en lang-varig sikkerhed for nøjagtighed på mikrometerniveau
Pin-afstanden i QFN-emballageforme er kun 0,3 mm, derfor skal formens termiske udvidelseskoefficient (CTE) være meget tæt på det. Nikkel-baseret enkeltkrystal høj-legeringsform fremstillet ved den retningsbestemte størkningsproces:
CTE sænkes til 12 × 10⁻⁶/grad ved at regulere krystalorienteringen, og kompatibiliteten med keramiske pakningsmaterialer er forbedret med 40%.
Den konforme kølevandskanal lavet med laserselektiv smeltning (SLM) teknologi gør formtemperaturen mere jævn, fra ± 15 grader til ± 3 grader.
I real produktion faldt produktforvridningsraten fra 0,5 % til 0,15 %, og udbyttegraden steg til 99,8 %.
3, De nye og forbedrede måder at lave ting på
1. Additiv fremstilling brugt på måder, der ændrer tingene
Det sædvanlige problem med at lave ting af metalforme, der kan klare høje temperaturer, bliver løst af 3D-printteknologi:
Design til topologioptimering: Ved hjælp af Altair OptiStruct-software gjorde vi designet lettere, hvilket reducerede vægten af ​​en bestemt flymotorbladsform fra 1,2 tons til 680 kg og gjorde den 25 % stivere.
Struktur med en funktionel gradient: LPBF (laser powder bed melting) teknik laver en hårdhedsgradient overgangszone mellem formens arbejdslag og substratlaget for at slippe af med spændingskoncentrationen.
Et tilfældigt kølesystem: Brug af Magics-software til at forbedre vandvejens arkitektur har gjort afkølingen af ​​en stor dækform 40 % mere effektiv og reduceret cyklustiden med 35 %.
2. Et stort skridt fremad inden for teknologi til forstærkning af overflader
Sprøjtning af flammer ved supersoniske hastigheder (HVOF): Overfladen af ​​formhulrummet er belagt med WC-12Co, som har en hårdhed på op til HV1400 og er fem gange mere modstandsdygtig over for slid end substratmaterialet.
Plasmanitrering er en proces, der bruger plasma til at gøre tingene sværere. Dyb nitrering (0,3 mm) hæver formens overfladehårdhed til HV1100, samtidig med at kernens sejhed bevares.
Reparation med laserbeklædning: Inconel 625 legeringspulver bruges til at fiksere det slidte område, og bindingsstyrken mellem reparationslaget og underlaget er mere end 400 MPa.
4, Tendenser i økonomien og industrien
Legeringsforme med høj-temperatur koster 3 til 5 gange mere end almindelige forme i starten, men hele deres livscyklusomkostningsfordele er store:
I bilindustrien koster det 800.000 yuan mere for hvert sæt støbeforme at bruge høj-temperatur-legering til kofangerformen på en bestemt bilmodel, men det sparede 12 millioner yuan i årlige produktionsomkostninger, fordi cyklustiden blev reduceret med 25 %, og udbyttegraden steg med 12 %.
Inden for rumfart: Brug af kobolt-baseret legering i smedningen af ​​en bestemt type motorturbineskive forlængede støbeformens levetid fra 50 stykker til 300 stykker og reducerede omkostningerne ved at fremstille ét stykke med 78 %.
Digital tvillingteknologi har gjort det muligt at forudse vedligeholdelsescyklussen af ​​høj-temperaturlegeringsforme med en nøjagtighed på ± 50 timer. Det har også øget den samlede udstyrseffektivitet (OEE) til over 85 %. Det globale marked for høj-temperaturlegeringsforme forventes at være mere end 4,5 milliarder USD værd i 2028 med en sammensat årlig vækstrate på 12,3 %. Additiv fremstillingsforme vil udgøre mere end 30% af dette marked.