Métallurgie Des Poudres - En Comprenant Mourez En Remplissant Comportement et Son Importance sur les Composants Finaux par Technologie de Freeman

Le comportement de Compréhension de poudre pendant la préparation, le transfert et remplir des matrices est important en métallurgie des poudres car chaque phase influence la qualité du composant final. Pour la productivité et la qualité élevées pendant la fabrication, il est essentiel que les caractéristiques de procédé et de poudre soient compatibles.

Dans cette enquête sur la partie, le flux dynamique et les propriétés de cisaillement de quatre matériaux différents, nous prouvons que mourez en remplissant corrélations d'efficacité bien de beaucoup de propriétés de poudre. Ainsi la disponibilité des informations exactes au sujet du flux et des propriétés en vrac des poudres permet la prévision fiable du du mourir en remplissant efficience, enlevant n'importe quel besoin élan de ` de test et erreur plus habituel'.

Des Composants effectués à partir des poudres en métal sont fabriqués aux stades distincts :

1. mourez en remplissant - saupoudrez les gouttes d'une chaussure d'alimentation dans la cavité de matrice
2. transfert de poudre - la poudre est transférée dans la matrice et par une suite de mouvements d'outil pour produire un contrat approchant la forme finale
3. tassement - la poudre dans la matrice est comprimée pour former un fuselage vert
4. éjection - après tassement, la poudre est éjectée de la matrice
5. agglomérant - après tassement, le fuselage vert est aggloméré dans une ambiance de réduction
6. le composant est classé ou usiné afin d'assurer la maintenance de la tolérance dimensionnelle

Les stades de tassement, d'éjection et d'agglomération ont en particulier un impact important sur les propriétés des composants de finition. Une connaissance du comportement des poudres en préparation, meurent en remplissant et le transfert de poudre est important, depuis leur distribution de structure et de densité d'emballage peut influencer des stades avancés, et affecte l'intégrité des composants finaux.

Des techniques expérimentales Variées ont été employées pour mesurer la fluidité de poudre par rapport au au mourir en remplissant. Celles-ci comprennent :

• Taux de Hausner et densité plue à torrents et filetée d'incrément de Carr (de la masse)
• Débitmètre de Hall et débitmètre de Flodex (tarifs ou temps d'écoulement de la masse nécessaires pour décharger par un orifice)
• Cornière du repos ; et
• cellule de cisaillement, qui mesure la limite conventionnelle d'élasticité d'un solide en vrac consolidé.

Tandis Que tous peuvent être utiles dans les environnements de processus particuliers, aucun ne prévoit que le comportement d'une poudre pendant le mourir en remplissant.

Le comportement de Poudre est complexe. Il est influencé par une combinaison des propriétés physiques et les caractéristiques de l'installation de fabrication, et la fluidité de poudre ne peut pas être exprimée convenablement comme valeur ou incrément unique. Meurent En remplissant est un procédé dynamique, ainsi toutes les méthodes de caractérisation de poudre employées devraient attentivement réfléchir la situation industrielle réelle.

La distribution de dimension particulaire pour chaque matériau était déterminée utilisant un Mastersizer 2000 (Instruments de Malvern, Malvern, R-U). La morphologie de Particules a été caractérisée avec un Microscope Électronique de Lecture de JEOL 6340F (SEM). Les résultats sont affichés dans le Tableau I.

Propriétés Générales de poudre du Tableau 1.

L'Obtention des données reproductibles exige des poudres d'être dans une condition homogène d'emballage. Quand une poudre obtient pour le test, elle a une seule histoire qui a été influencée par des facteurs tels que la fusion, la ségrégation, l'aération, l'agglutination, ou la vibration. Le ` révisant' a dû enlever cette histoire concerne le déplacement doux de l'échantillon entier de poudre, la desserrant et aérant légèrement dans une condition homogénéisée et reproductible.

Un modèle meurt équipement remplissant a été conçu pour imiter commercial meurt des procédés remplissants (le schéma 2). Il se compose d'un stationnaire meurent et un ensemble motorisé qui pilote la chaussure à une vitesse régulière par 50 à 300 mm/s. Dans cette étude, la chaussure d'alimentation était cylindrique avec un volume fixe de 160 ml et de diamètre de 50 millimètres. Le cylindre meurent a eu un volume de 10 ml et le diamètre de 25 millimètres.

Le Schéma 2. retrait Schématique pour meurent en remplissant procédé.

Le Tableau 2 récapitule les propriétés matérielles les plus importantes, qui en outre sont discutées dans cette partie.

Propriétés de flux de Poudre du Tableau 2. caractérisées sous le mode différent.

L'Énergie Particulière (SE) est une mesure de la façon dont facilement une poudre entrera dans un environnement illimité ou faible de stress. On le prévoit à partir de l'énergie requise pour déterminer une configuration d'écoulement particulière dans un volume conditionné et précis de poudre. Pendant la mesure, cette configuration d'écoulement est un mouvement horaire ascendant de la lame (voir le chiffre 1B), produisant du levage doux et du flux faible de stress. L'EXPERT EN LOGICIEL est prévu à partir du travail effectué en déménageant la lame par la poudre du bas au haut du récipient (vers le haut traversée). La Gravité domine dans ce test, ainsi pour compenser des densités de la masse variables l'énergie de flux est exprimée en tant qu'Énergie Particulière, mJ/g.

L'Énergie Particulière dépend principalement des forces de cisaillement agissant entre les particules. La Cohésion est souvent la propriété la plus influente dans les environnements faibles de stress. Le GS d'Échantillon a l'EXPERT EN LOGICIEL le plus faible indiquer qu'il entre le plus promptement dans un stress faible, condition conditionnée. Le Tungstène a l'EXPERT EN LOGICIEL le plus élevé proposer qu'il se comporte le plus cohésivement. Intéressant, GL a un EXPERT EN LOGICIEL plus élevé que le GS, indiquant une cohésion plus élevée.

Dans ces tests dynamiques conventionnels, une poudre précédemment conditionnée a été consolidée utilisant une action aplanissante au bulldozer de lame (chiffre 1a) qui a forcé la poudre vers le bas vers le bas du récipient contenant. La valeur De base d'Énergie (BFE) de Fluidité est un paramètre principal qui est hautement sensible et différenciant par rapport à de petites différences dans des propriétés de flux. Résultats variés de la justification militaire 5964 (tungstène) à la justification militaire 899 (GS En Verre) suivant les indications du Tableau 2.

La présence/absence d'air affecte grand les propriétés du flux d'une poudre ; de l'air est ajouté naturellement quand la poudre est bougée librement. Quand une poudre est aérée moins d'énergie est normalement exigée pour la déménager. Cette réduction d'énergie de flux est décrite par le Taux d'Aération (AR).

Les poudres Cohésives ne permettent pas à l'air d'imprégner par le volume de poudre - au lieu de cela les tunnels ou les rat-trous se produisent. Le changement donnant droit de l'énergie est pour cette raison petit. Dans moins de poudres cohésives l'air imprègne le volume entier, avec une grande réduction conséquente d'énergie. Dans certains cas pratiquement toutes les particules séparent et le bâti fluidise. La sensibilité d'une poudre à l'aération associe bien à sa performance dans un système alimenté par gravité et pour des procédés tels que l'obturation volumétrique.

Les quatre poudres se comportent très différemment pendant l'aération une fois soumises au même domaine des vitesses d'air (voir le schéma 3). Au-dessus d'une certaine vitesse d'air l'aluminium, les petits programmes en verre de GL et de GS fluidisent. À cause de sa perméabilité, l'échantillon de GL exige la vitesse la plus élevée, relâchant l'air rapidement et ayant besoin de flux d'air considérable pour séparer les particules.

Le Schéma 3. Comment l'énergie de flux varie en fonction de la vitesse d'air

La perméabilité des petits programmes en verre plus petits, GS, est inférieure par un facteur de 6, permettant la fluidification à la vitesse d'air relativement faible. Ainsi un peu d'air entraîné améliorera grand la fluidité du GS, avec GL. Cependant, GL relâchera rapidement un grand nombre d'air entraîné. La poudre en aluminium est également hautement perméable, exigeant de la vitesse d'air élevée de fluidiser. Le tungstène avec sa perméabilité faible, ne fluidise pas, comme affiché par le besoin en énergie élevé de flux (le schéma 3). La métallisation Proche des petites particules de tungstène rend le bâti cohésif, avec de l'air injecté formant des tunnels à l'évasion.

Un emballage Plus Proche et la perte de moyen entraîné d'air qui a rendu ou a consolidé des poudres compactes sont moins pour circuler librement sous la gravité. La Fusion de chacune des quatre poudres était déterminée après la soumission de chacune à 20 prises. Beaucoup de procédés (mourir en y compris remplissant) imposent la vibration et la vulnérabilité d'une poudre à ceci est important. Le test dynamique normal a été employé (comme dans la mesure de BFE) pour déterminer le point jusqu'auquel l'énergie de flux a grimpé en raison de la fusion.

Les résultats (exposition de Tableau 2) une augmentation d'énergie de flux normal (BFE) de 230% pour le tungstène avec une réduction de volume de 16%. Ceci rivalise avec une augmentation d'énergie de 10% pour la glace de GS et seulement une réduction de volume de 2%.

La Compressibilité est une mesure de propriété en vrac qui examine la modification de volume d'un échantillon conditionné quand elle est lentement comprimée de sorte que l'air entraîné puisse s'échapper. Tandis Que pas une mesure directe de fluidité, il peut indiquer si une poudre est cohésive ou à écoulement fluide.

Le Tungstène est le plus sensible au compactage (le schéma 4). GL et GS ont la compressibilité très faible, réfléchissant l'emballage relativement efficace des particules quand dans une condition conditionnée et faible de stress. C'est dû à leur forme sphérique, cohésion faible et perméabilité à haut. La poudre En Aluminium a une compressibilité médiane entre les petits programmes en verre et la poudre de tungstène puisque leur grande dimension particulaire et forme irrégulière permet un degré de réalignement et d'emballage plus proche.

Le Schéma 4. Compressibilité en fonction de stress normal appliqué.

La Perméabilité indique la facilité par laquelle un matériau peut transmettre un liquide (dans ce cas air) par son volume. Pour des poudres, en influençant des facteurs comprenez les propriétés physiques telles que la dimension particulaire et la distribution, le cohesivity, la raideur de particules, la forme, la texture extérieure et la densité de la masse. Les facteurs Externes, stress de fusion par exemple, ont également un effet en changeant des surfaces de contact de porosité et de particules.

Généralement, les poudres cohésives se composant principalement du sous-marin dimension particulaire de 30 microns sont moins les perméables ; les poudres granulaires sont en général les plus perméables. Les Poudres avec de grandes particules et fines peuvent former une structure serrée d'emballage, avec des fines remplissant espaces entre les particules, réduisant la perméabilité du volume de poudre. La Perméabilité détermine les tarifs de débit d'air entraîné pendant le mourir en remplissant.

Le Schéma 5 affiche la différence de pression atmosphérique exigée en travers de la profondeur du bâti de poudre pour mettre à jour un flux d'air constant (2 mm/s) tout en consolidant la poudre à augmenter des stress normaux. Le stress Croissant réduit la perméabilité du tungstène mais exerce peu d'effet sur les autres poudres dues à leur compressibilité inférieure et dimension particulaire plus grande.

Le Schéma 5. chute de pression par bâti de poudre à une vitesse d'air de la constante 2mm/s en fonction de stress normal appliqué.

L'aluminium Granulaire et les GL sont plus perméables que les deux autres échantillons à cause de leur structure nulle relativement grande.

Le mode primaire de flux des poudres est cisaillement, où les particules glissent relativement à une un un autre. La résistance au cisaillement Élevée signifie une résistance plus grande au flux. Le Schéma 6 expositions les lieux relativement élevés de rendement de tungstène et en aluminium avec la glace. Des tests de Cisaillement ont été effectués aux stress normaux de 2, 1,75, 1,5, 1,25 et 1 kPa, avec des échantillons pré-consolidés au stress normal du kPa 3. La limite conventionnelle d'élasticité illimitée dérivée ou la force de compactage des poudres détermine si le débit d'un chargeur cessera en raison de la formation d'une passerelle stable. La valeur de Cohésion et la cornière interne de la friction sont également dérivables du schéma 6 (voir les valeurs dans le Tableau 2).

Le Schéma 6. effort De Cisaillement contre le stress normal d'un échantillon consolidé et pré-tondu au stress 3kPa normal

Les propriétés de Cisaillement sont importantes meurent en dedans remplissant parce que les poudres maintenues dans la chaussure de largage doivent tondre sous la gravité afin de circuler dans la matrice, et ne doivent pas jeter un pont sur. Ces facteurs détermineront les tarifs d'écoulement de la masse pendant le procédé remplissant de matrice. Plus l'effort de cisaillement et la cornière interne de la friction pour un stress normal donné est élevés, plus la poudre pendant l'initiation de flux dans l'environnement de processus est problématique.

Le remplissage par gravité comporte deux stades successifs : saupoudrez le flux de la chaussure, et l'emballage de poudre arrangeant dans la matrice. Plusieurs facteurs importants influencent le taux remplissant de matrice, y compris des propriétés de flux de poudre, l'évasion d'air de la matrice et l'évasion d'air entraîné dans la poudre.

Pour le premier test que toutes les poudres étaient conditionnées avant mourez en remplissant. Les taux remplissants de matrice de la poudre conditionnée ont été prévus à partir de la densité de la masse de masse et conditionnée remplie (voir le schéma 7). Les quatre poudres ont très différent pour mourir des capacités remplissantes : Glace de GL le meilleur et le tungstène le plus mauvais. Au tungstène de vitesse de chaussure le plus faible même rempli bien, mais à la vitesse la plus élevée le taux remplissant détérioré à en-dessous de 20% comparé de glace de GL qui est restée au-dessus de 80%.

Le Schéma 7. Meurent taux remplissant de quatre poudres différentes à différentes vitesses de chaussure.

L'état d'emballage de la poudre dans la chaussure et son incidence sur des affects de teneur d'air et de densité de la masse meurent en remplissant performance. Pour mesurer ceci, l'aluminium et le tungstène ont été évalués dans les conditions légèrement consolidées et légèrement aérées. Des Échantillons ont été aérés à 20 mm/s (aluminium) et 10 mm/s (tungstène) alors ont transféré soigneusement à l'équipement remplissant de matrice.

Le taux remplissant de matrice de la poudre filetée de tungstène est affiché sur le schéma 8. L'effet du filetage est excessif entraînant le taux remplissant de matrice à la goutte d'un 50% plus encore, et la densité de la masse augmenter de 16%. Une mesure unique sur le' tungstène aéré par ` a été effectuée à 150 mm/s n'affichant aucune modification des données conditionnées. Évidemment l'aération dans la poudre de tungstène produit des tunnels et ne modifie pas la condition d'emballage du bâti.

Le Schéma 8. Les propriétés remplissantes de matrice de la poudre de Tungstène sous l'emballage différent de poudre révise.

La fluidité Treize et d'autres propriétés de poudre ont été mesurées. Pour la plupart des paramètres les valeurs basses signifient une meilleure fluidité tandis que plus élevé moyen plus mauvais. L'exception est taux d'aération où une valeur élevée indique la bonnes aération et fluidité.

La disponibilité d'un éventail varié d'indicateurs de fluidité est particulièrement utile en comparant les matériaux très assimilés. Puisque les sphères de tungstène, d'aluminium et en verre sont principalement différentes, dans cette étude il n'était pas absolument nécessaire de mesurer tous les paramètres. Cependant les données (corrélation d'exposition de Tableau II) excellente de tous les paramètres - valeurs basses pour la glace de GS et les valeurs les plus élevées pour le tungstène - confirmation des propriétés faibles de flux du tungstène.

Le Schéma 7 affiche les taux remplissants pour les quatre poudres en remplissant à 230 mm/s. La corrélation est claire - le tungstène a les plus mauvaises propriétés de flux et le taux remplissant, avec l'aluminium le prochain plus mauvais. Les données en verre de sphères sont étonnantes : Le GS, avec de plus petites sphères, a les meilleures propriétés de flux, pourtant des taux remplissants d'inférieur avec les sphères plus grandes de GL. Ceci est attribué à la perméabilité plus élevée de GL. Sa capacité de relâcher immédiatement l'air entraîné permet une obturation plus complète de la matrice, confirmée en observant des tarifs d'effondrement de bâti.

L'Air est une influence importante et particulièrement important mourez en dedans remplissant par gravitation. Les phases Essentielles sont :

(a) Teneur en Air de la poudre avant de remplir
(b) Entraînement d'Air comme chutes de poudre de la chaussure à mourir
(c) Release d'air entraîné dans la poudre dans la matrice
(d) Évasion d'air de la matrice en remplissant

Les trois premiers associent directement aux propriétés de poudre discutées précédemment. La Mise À L'air Libre du volume de matrice (d) dépend meurent en circuit design et ne sont pas une partie de cette étude.

L'importance d'air sur les propriétés de flux (a) est expliquée par les données d'aération. Le Tungstène n'aère pas en raison de sa dimension particulaire de fine particule et cohesivity. Les sphères en verre cependant sont intéressant différentes, puisque le GS aère et fluidise éventuellement aux concentrations relativement faibles de l'ajout d'air, attendu que GL avec la perméabilité élevée exige de l'air considérable de fluidiser. Le GS aère pour cette raison rapidement sur meurent remplir, lui donnant les propriétés supérieures de flux, mais il est relativement mauvais à relâcher l'air une fois dans la matrice.

Poudre de Aération avant de remplir confirmé que l'aération améliore des propriétés de flux (excepté les poudres cohésives fines), améliorant le flux dans la matrice et donner des taux remplissants plus élevés. La Fusion exclut l'air, augmente la densité de la masse, les compromissions circulent des propriétés et réduisent le taux remplissant.

Cette étude a mesuré la performance remplissante de matrice de trois poudres très différentes et la corrélation avec leurs propriétés de flux et d'autres caractéristiques. Un ensemble complet de propriétés a été mesuré utilisant un appareil de contrôle universel de poudre, avec des résultats concluants.

Il y avait clair que la corrélation entre meurent en remplissant performance et propriétés de poudre. En général poudres ayant les concentrations faibles de l'énergie de flux, de l'incrément de débit, de l'incrément de fusion, de la résistance au cisaillement, de la cohésion, de la force de compactage (UYS), de la cornière interne de la friction et de la compressibilité, remplissage bien. Cependant, la perméabilité est également importante et il est susceptible d'y a une perméabilité optima pour les poudres qui aèrent, puisque trop peu laisse l'aération mais empêche l'évacuation de l'air. Une poudre hautement perméable ne peut pas augmenter son air entraîné ou le fluidiser jusqu'à ce que l'air considérable ait être appliqué, mais il chassera l'air rapidement.

Les quatre poudres ont très différent pour mourir performance remplissante ; 174 la glace du µm GL est le tungstène de meilleur et de 4 µm le plus mauvais. Ceci est attribué aux bonnes propriétés de flux et à l'excellente perméabilité des petits programmes en verre de GL. Le tungstène cohésif de 4 µm a des propriétés de flux de pauvres et la perméabilité faible.

Mourez En remplissant performance dépend de l'état d'emballage des poudres dans la chaussure de largage. Avec du tungstène de 4µm, la fusion empire de manière significative la fluidité et peut avoir comme conséquence la transition et l'obturation nulle. Les Poudres qui entraînent promptement l'air amélioreront leur fluidité et mourront en remplissant capacité si aérées.

En résumé, mourez en remplissant efficience est prévisible des informations sur le flux et les propriétés en vrac. Là Où les poudres qui remplissent bien sont disponibles à côté des poudres problématiques, des caractéristiques de poudre marquant avec le ` bon et le mauvais de `' peuvent être mesurées. Les formulations Neuves peuvent alors être avec ces données et leur meurent la performance remplissante prévue.

Auteurs : Repérage Freeman et Xiaowei Fu de Technologie de Freeman