Stopowanie mechaniczne
Stopowanie mechaniczne ( MA ) to technika przetwarzania w stanie stałym i proszkowym polegająca na wielokrotnym spawaniu na zimno , pękaniu i ponownym spawaniu zmieszanych cząstek proszku w wysokoenergetycznym młynie kulowym w celu wytworzenia jednorodnego materiału. Pierwotnie opracowany do produkcji nadstopów na bazie niklu i żelaza wzmocnionych dyspersją tlenków (ODS ) do zastosowań w przemyśle lotniczym wykazano, że MA jest w stanie zsyntetyzować różne fazy stopów równowagowych i nierównowagowych, zaczynając od mieszanych proszków pierwiastków lub wstępnie stopów. Zsyntetyzowane fazy nierównowagowe obejmują przesycone roztwory stałe, metastabilne fazy krystaliczne i kwazikrystaliczne, nanostruktury i stopy amorficzne.
Mieszanki metali
Mechaniczne tworzenie stopów przypomina obróbkę proszków metali, w której metale można mieszać w celu wytworzenia nadstopów . Stopowanie mechaniczne odbywa się w trzech etapach. Najpierw materiały stopowe są łączone w młynie kulowym i mielone na drobny proszek. Następnie stosuje się proces prasowania izostatycznego na gorąco (HIP) w celu jednoczesnego sprasowania i spiekania proszku. Końcowy etap obróbki cieplnej pomaga usunąć istniejące naprężenia wewnętrzne powstałe podczas zagęszczania na zimno , które mogło zostać użyte. Daje to stop odpowiedni do łopatek turbin wysokotemperaturowych i przemysłu lotniczego składniki.
Projekt
Parametry projektowe obejmują typ młyna, pojemnik mielący, prędkość mielenia, czas mielenia, typ, rozmiar i rozkład wielkości środka mielącego, stosunek masy kulki do proszku, stopień wypełnienia fiolki, atmosferę mielenia, środek kontrolujący proces, temperaturę mielenia i reaktywności gatunku.
Proces
Proces mechanicznego stapiania polega na wytworzeniu cząstek proszku kompozytowego poprzez:
- Użycie wysokoenergetycznego młyna w celu ułatwienia odkształcenia plastycznego wymaganego do spawania na zimno i skrócenia czasu procesu
- Używanie mieszaniny proszków pierwiastka i stopu przejściowego (ten ostatni w celu zmniejszenia aktywności pierwiastka, ponieważ wiadomo, że aktywność stopu lub związku może być o rząd wielkości mniejsza niż w czystym metalu)
- Wyeliminowanie stosowania środków powierzchniowo czynnych, które mogłyby wytwarzać drobny proszek samozapalny , a także zanieczyszczać proszek
- Poleganie na ciągłej interakcji między spawaniem a pękaniem w celu uzyskania proszku o udoskonalonej strukturze wewnętrznej, typowej dla zwykle wytwarzanych bardzo drobnych proszków, ale o całkowitej wielkości cząstek, która była stosunkowo gruba, a zatem stabilna.
Przemiał
Podczas wysokoenergetycznego mielenia cząstki proszku są wielokrotnie spłaszczane, spawane na zimno, łamane i ponownie spawane. Za każdym razem, gdy zderzają się dwie stalowe kule, między nimi zostaje uwięziona pewna ilość proszku. Zwykle podczas każdego zderzenia zostaje uwięzionych około 1000 cząstek o łącznej masie około 0,2 mg. Siła uderzenia odkształca plastycznie cząstki proszku, prowadząc do utwardzenia i pękania. Powstałe w ten sposób nowe powierzchnie umożliwiają zgrzewanie się cząstek; prowadzi to do wzrostu wielkości cząstek. Ponieważ we wczesnych stadiach mielenia cząstki są miękkie (jeśli stosuje się kombinację materiałów ciągliwych i ciągliwych lub ciągliwych i kruchych), ich skłonność do łączenia się ze sobą i tworzenia dużych cząstek jest wysoka. Powstaje szeroki zakres rozmiarów cząstek, z których niektóre są nawet trzykrotnie większe niż cząstki wyjściowe. Cząstki kompozytowe na tym etapie mają charakterystyczną budowę warstwową składającą się z różnych kombinacji składników wyjściowych. Przy ciągłym odkształcaniu cząstki stają się utwardzane przez zgniot i pękają w wyniku mechanizmu zniszczenia zmęczeniowego i/lub fragmentacji delikatnych płatków.
- Bhadeshia, HKDH Rekrystalizacja praktycznych mechanicznie stopowych nadstopów na bazie żelaza i niklu, Mater. nauka inż. A223, 64-77 (1997)
- PR Soni, Mechanical Alloying: Fundamentals and Applications, Cambridge Int Science Publishing, 2000 — Science — 151 stron.
Linki zewnętrzne
- Stopy mechaniczne , wyczerpujące informacje z University of Cambridge.