Порошки металлических сплавов относятся к твердым смесям двух или более металлических элементов, используемых в производстве, аддитивных технологиях и исследовательских приложениях. Данное руководство представляет собой подробный справочник по порошкам металлических сплавов, в котором рассматриваются типы, методы производства, основные свойства, технические характеристики, поставщики, цены, области применения, сравнения и многое другое.
Обзор порошков металлических сплавов
Порошки металлических сплавов представляют собой металлические смеси, созданные для достижения улучшенных свойств по сравнению с одноэлементными металлами. Ключевые атрибуты:
- Состав: 2+ металлы в определенных соотношениях
- Производство: Атомизация, электролиз, восстановление и т.д.
- Форма: Мелкодисперсный порошок
- Распространенные типы: Стали, титан, алюминий, никель, кобальтовые сплавы
- Ключевые характеристики: Тепло- и износостойкость, долговечность, прочность
Сочетая взаимодополняющие металлы в оптимизированных стехиометриях, порошковая металлургия позволяет создавать сплавы, недостижимые с помощью обычных процессов, что обеспечивает их широкое применение в различных отраслях промышленности.
Виды порошков металлических сплавов
Основные категории:
- Стальные сплавы - нержавеющие, инструментальные, легированные стали...
- Титановые сплавы - Ti6Al4V, TiAl, алюминиды титана
- Алюминиевые сплавы - алюминий 2024, 7075, AlSiMg
- Кобальтовые сплавы - кобальтовый хром, MP35N
- Никелевые сплавы - Инконель 625, Инконель 718, Хастеллойс
И уникальность на основе:
Легирующие элементы
| Тип | Общие элементы | Примеры материалов |
|---|---|---|
| Низкий сплав | <5% Ni, Cr, Mo | 4140, 4340 |
| Средний сплав | 5-15% Ni, Cr, Mo и др. | H13, 420 нержавеющая |
| Высокий сплав | 15-30% Al, Co, Ti и др. | 316 нержавеющая, MP35N |
Метод производства
| Метод | Сплавные системы | Характеристики |
|---|---|---|
| Распыляемый газ | Большинство сплавов | Сферическая форма, контролируемое распределение по размерам |
| Атомизированная вода | Стали | Неправильная форма, широкое распространение |
| Плазменное распыление | Реактивные материалы, такие как сплавы Ti и Al | Контролируемая атмосфера, сферическая |
| Электролитический | Медь, Ni | Дендритные чешуйки, губка |
Смешивание таких элементов, как алюминий, кобальт, хром, вольфрам и т.д., с основными металлами позволяет получить порошки из сплавов с улучшенными характеристиками. Технология производства также влияет на морфологию и свойства порошка.
Процессы производства порошков металлических сплавов
Газовая атомизация
- Инертный газ расщепляет поток расплавленного металла на мелкие капли
- Маленькие сферические порошки идеально подходят для AM
Распыление воды
- Вода под высоким давлением разбивает расплав металла на порошки
- Более низкая стоимость, но меньший контроль по сравнению с инертным газом
Плазменное распыление
- Электрод диссоциирует реактивные расплавы, такие как сплавы Ti, в контролируемой атмосфере
Электролиз
- Электрохимическое растворение металлов в порошкообразных формах
Настройка динамики процесса, например, тепловых профилей, потоков газа/жидкости и химических условий, позволяет регулировать распределение частиц по размерам, морфологию зерен и внутреннюю микроструктуру в соответствии с требованиями приложений.
Свойства Порошки металлических сплавов
Физические свойства
| Атрибут | Характеристики |
|---|---|
| Государство | Порошок с твердыми частицами |
| Цвет | Серовато-серебристый/черный порошок |
| Магнетизм | Ферритные/мартенситные материалы являются ферромагнитными |
| Запах | Как правило, не имеет запаха |
| Вкус | Безвкусный |
| Растворимость | Нерастворим в воде и обычных растворителях |
Механические свойства
| Метрика | Описание |
|---|---|
| Твердость | Диапазон от мягких драгоценных сплавов 700 HV |
| Прочность | Диапазон от < 100 МПа для простых углеродистых сталей до более 2 000 МПа для некоторых никелевых суперсплавов |
| Пластичность | Мера ковкости - высокая для C-сталей, средняя для рабочих сталей, низкая для материалов с высоким содержанием Cr/Co |
Тепловые свойства
| Измерение | Подробности |
|---|---|
| Температура плавления | Зависит от системы сплавов - от 500 до 1500°C+ |
| Теплопроводность | 15 - 90 Вт/мК между типами сплавов |
| CTE | Варьируется от ~5 x10-6 K-1 (инвар) до ~18 x10-6 K-1 (алюминиевые сплавы) |
Таблица 2: Обзор физических, механических и термических свойств порошков из распространенных металлических сплавов
При выборе конкретного сплава учитывается баланс между твердостью, пределом текучести, пластичностью, плотностью, жаростойкостью/коррозионной стойкостью и другими характеристиками в зависимости от области применения.
Технические характеристики
Коммерческие порошки металлических сплавов проходят испытания и сертифицируются на соответствие спецификациям:
Распределение частиц по размерам
| Стандарт | Микроны | Метод производства |
|---|---|---|
| Fine | 1-25 | Распыление газа |
| Средний | 25-75 | Распыление газа |
| Грубая | 75-150 | Распыление воды |
Классы чистоты
| Рейтинг | Химический контроль | Примеси |
|---|---|---|
| Стандарт | Широкие диапазоны сплавов | До 1% другие |
| Пользовательское | Фиксированная мишень из сплава | <1000 ppm примесей |
| Высокая чистота | Плотная лента из сплава | <100 ppm загрязняющих веществ |
Таблица 3: Типичные диапазоны размеров, химический состав и степень чистоты порошков коммерческих металлических сплавов
Соответствие или превышение сертифицированных спецификаций обеспечивает повторяемость характеристик между партиями порошка и последующими производственными циклами.
Производители порошков металлических сплавов
Поставщики, специализирующиеся на нишевых формулах сплавов:
Сталь и железные сплавы
- Höganäs - распыляемые диффузионные сплавы
- Металлические порошки Rio Tinto - сплавы, распыляемые водой
Титан и алюминиевые сплавы
- AP&C - плазменное распыление
- Tekna Advanced Materials - сферические изделия с газовым распылением
Кобальт, никель и экзотические сплавы
- Sandvik Osprey - контроль расплавленных мелких партий
- Tekna Advanced Materials - высокочистые медицинские/аэрокосмические марки
И больше универсалов, предлагающих более широкие возможности каталога:
| Компания | Материалы | Диапазон цен |
|---|---|---|
| Praxair | Инструмент, нержавеющая сталь, суперсплавы | $14-215/кг |
| Порошковые изделия Carpenter | инструмент, нержавеющие, сверхпрочные сплавы | $35-205/кг |
| LPW Tech | Сплавы Al, Ti, Ni, Co | $30-185/кг |
Таблица 4: Ведущие поставщики по всем распространенным группам сплавов
Цены колеблются в зависимости от состава, количества партий и требований к испытаниям - получайте актуальные котировки напрямую.
Применение Порошки металлических сплавов
| Промышленность | Приложения | Преимущества |
|---|---|---|
| Аэрокосмическая промышленность | Лопатки турбин, компоненты планера | Высокая прочность, термостойкость |
| Автомобильная промышленность | Передачи, детали трансмиссии | Защита от износа |
| Производство | Изготовление оснастки на заказ | Более короткие циклы разработки |
| Нефть и газ | Уплотнения, компоненты клапанов, скважинный инструмент | Повышение долговечности |
Таблица 5: Порошок из металлических сплавов обеспечивает высокую производительность в различных отраслях
Использование таких свойств, как термостойкость, твердость и коррозионная стойкость, обеспечивает надежность в сложных условиях эксплуатации оборудования по сравнению с такими альтернативами, как пластик или традиционные сплавы.
Сравнительные плюсы и минусы
Преимущества порошков металлических сплавов
- Улучшенные механические свойства - прочность, износостойкость, теплостойкость и т.д.
- Легче поддается обработке и превращается в детали чистой формы по сравнению с коваными.
- Сокращение сроков производства и разработки
- Улучшенные микроструктуры при быстром затвердевании
Компромиссы
- Более высокая стоимость материалов по сравнению с традиционными видами производства
- В настоящее время масштабы производства очень крупных деталей ограничены
- Более низкая производительность по сравнению с крупносерийным производством
- Сложность конструкции, требующая опыта моделирования
Специализированные свойства в оптимизированных сплавах компенсируют компромиссы для отраслей, ценящих индивидуальность, свойства и быстроту реакции.
Вопросы и ответы
Вопрос: В чем главное отличие слитков металлических сплавов от порошков?
О: Порошки придают изысканные микроструктуры без сегрегации и служат сырьем для новых технологий производства. Слитки служат для традиционных процессов формовки.
Вопрос: Порошок из какого металлического сплава ожидает наибольший рост в ближайшие годы?
A: Порошки из титана и алюминиевых сплавов для аэрокосмической промышленности, обладающие исключительными прочностными и весовыми характеристиками и технологичностью.
Вопрос: Какой диапазон размеров частиц лучше всего подходит для AM-обработки обычных металлических сплавов?
О: 15-45 микрон обеспечивают хорошую плотность упаковки порошка и его послойную когезию, избегая при этом проблем, возникающих при использовании сверхтонких порошков.
Вопрос: Чем порошки металлических сплавов отличаются от порошков оксидов металлов или керамики?
О: Порошки металлических сплавов содержат 2+ металлические элементы, образующие замещающие смеси, в то время как оксиды/керамика подвергаются ионным химическим изменениям с совершенно другими свойствами.
Заключение
Оптимизация состава, микроструктуры и морфологии порошков металлических сплавов расширяет возможности изготовления деталей, создания прототипов и повышения эксплуатационных характеристик в авиационной, космической, автомобильной и энергетической отраслях, что подтверждается описанием свойств, руководством по производству, параметрами спецификации и примерами применения. Пожалуйста, обращайтесь по любым другим вопросам, связанным с выбором, приобретением или обработкой специальных сплавов.
