המגוון של אפשרויות חומר עבור חלקי מתכת לא-סטנדרטיים
מדוע "לא-סטנדרטי" פירושו גם "חומר לא-סטנדרטי"
כאשר חלק אינו כבול לכל מפרט קטלוגי, הסגסוגת עצמה הופכת למשתנה עיצובי. לפיכך, מהנדסים יכולים לבחור מבין יותר מ-300 מתכות מחושלות, יציקות ותוספות-מתכות כדי לאזן בין חוזק-ל-משקל, עמידות בפני קורוזיה, התנהגות תרמית/חשמלית, תאימות- ביולוגית, יכולת עיבוד ועלות יחידה.
"הרשימה הקצרה" המכסה 90% מהמשרות המותאמות אישית
המגוון של מבחר חומרים עבור חלקי מתכת לא סטנדרטיים
| מִשׁפָּחָה | סגסוגות אופייניות | מאפייני מפתח | דוגמאות לחלקים מותאמים אישית |
|---|---|---|---|
| אֲלוּמִינְיוּם | 6061-T6, 7075-T6, 5083-H321, AlSi10Mg (AM) | קל, 170–530 MPa UTS, יכולת עיבוד מעולה ומוליכות תרמית | תושבת מל"ט, לוחות קירור סוללת EV, שלבים אופטיים |
| טִיטָן | דרגה 2 (CP), דרגה 5 (Ti-6Al-4V), Ti-6Al-4V ELI | 900 MPa UTS, ρ=4.5 גרם cm⁻³, תואם ביו, שירות 300 מעלות | רפסים כירורגיים, מסלולי דשי תעופה וחלל, כלי רישום-למטה |
| פלדות אל חלד ו-PH | 304L, 316L, 17-4 PH, 15-5 PH | עמיד בפני קורוזיה, 17-4 PH מגיע ל-40 HRC לאחר יישון של 480 מעלות | שסתומים ברמת מזון-, תוספות תבניות, בתי חיישן ימיים |
| סגסוגות על-על בסיס-Ni | Inconel 718, 625, Hastelloy C-276 | 700–1200 MPa, זחילה > 650 מעלות, עמיד לחמצון ולכלוריד | מערבולות טורבינות, צימודים תת--ימיים, מבלבול של כור כימי |
| סגסוגות נחושת | OFHC Cu, Cu-Cr-Zr, C17200 Be-Cu, Cu-Ni-Si | σ > 500 MPa, IACS גדול או שווה ל-80%, ללא-ניצוץ | גלי RF-מדריכים, התנגדות-אלקטרודות ריתוך, פסי אוטובוס- |
| פלדות סגסוגת-נמוכות וכלי עבודה | 4140 QT, 4340, H13, D2, M2 | טווח של 28–62 HRC, קשיח או-עמיד בפני שחיקה | גלגלי שיניים, פירים, חבטות, ליבות הזרקה-מפלסטיק |
| מגנזיום | AZ91D (יצוק), AZ31B (מחושל), WE43 (ארץ נדירה-) | ρ=1.8 גרם ס"מ⁻³, מיגון EMI, יבש במכונה | זרועות מזל"ט, לוחות מכשירים תעופה וחלל |
| עקשן ומומחיות | מו, W, Ta, Zr, Nb | נקודת התכה גבוהה מאוד,-אטימות של קרני רנטגן | אלקטרודות לתנורים, מטרות מקפיצות, קולימטורים לטיפול בסרטן- |
| חומרים מרוכבים של-מתכת | Al-SiC (35%), Cu-W, Al-Diamond | CTE מותאם, 200–600 W m⁻¹ K⁻¹ | צלחות קרות IGBT-, מפזרי חום לווייניים |
| אמורפי & HEA | Zr-מבוסס BMG, CoCrFeMnNi | תפוקה של 2 GPa, יציקת צורה נטו-אפשרית | מארזי שעונים יוקרתיים, מיקרו-גלגלי שיניים עם שיניים בגודל 5 מיקרומטר |
מתודולוגיית בחירה (גרסת 30 דקות)
מגבלת רשימה-: σmax, Tmax, חיי עייפות, זוג גלווני, FDA/USP, REACH, RoHS.
דירוג לפי ρ/UTS, κ (מצב תרמי), CTE ואינדקס העיבוד (1-10).
הסר סגסוגות שנכשלות בכל שער "go/no-go" (למשל, 316L לא יכול להגיע ל-45 HRC).
מטריצת החלטה משוקללת (עלות × 30%, מסה × 25%, זמן עופרת- × 20%, קורוזיה × 15%, יכולת עיבוד × 10%).
יש לאמת עם 100 גרם נמס או קוביית תוסף ← בדיקת מתיחה ומיקרו.
יכולת לעיבוד שבבי לעומת חילופי נכסים-
חיתוך פליז- חינם CuZn39Pb3 נותן קידוח מהיר פי 1.5 מ-6061, אבל UTS הוא רק 380 MPa.
Ti-6Al-4V אוכל קרביד במהירות של 30 מ"מ לדקה; מעבר לנוזל קירור בלחץ גבוה (10 MPa) מעלה את המהירות ל-90 מ"מ/דקה עם חיי כלי עבודה של 3×.
Inconel 718 צריך סיבוב קרמי במהירות 200 מ' לדקה; קרביד מצופה ירכך מעל אזור חיתוך של 600 מעלות.
זוויות קיימות ומחזור
החזרות גרוטאות 6061 ו-316L > 95% מהערך הגולמי; החזרה מבוססת-Cu ו-Ni-עדיין מביאה 70%.
ייצור תוסף מוריד את הקנייה-ל-טיסה מ-15:1 (Inconel hog-out) ל-1.2:1, וחוסך 40 ק"ג CO₂ לק"ג של חלק.
אלומיניום דל-פחמן חדש (Elysis, 2 t CO₂/t Al) כבר מתבקש על ידי יצרני ציוד מקורי אירופאי לרכב עבור מארזים מותאמים אישית.
מיני מקרים
מקרה 1 – זרוע רובוט נטולת-קורוזיה קלה-
דרישה: תפוקה של 200 MPa, < 2.6 גרם ס"מ⁻³, ניתן לריתוך, ניתן לאנודיזה.
החלטה: 7075-T6 הוחלף ב-Al-Li 2195 (ρ 2.63 גרם ס"מ⁻³, UTS 455 MPa), חיסכון של 8% מסה ו-CTE תואם של צינור סיבי פחמן.
מקרה 2 – מגבר לוויני-גבוה-חום-
צורך: עומס חום של 400 ואט, CTE 6–8 ppm מעלות ⁻¹, מקום-מותאם.
החלטה: Al-SiC 35% MMC, יהלום-שהפך ל-Ra 20 ננומטר, מבטל אי-התאמה של CTE עם שבב GaN.
מקרה 3 - אגרוף ביופסיה חד פעמי
צורך: < 0.5 €, קצה 52 HRC, ניתן לעיקור, קיר 0.3 מ"מ.
החלטה: חותמת אל חלד 420 & מוקשה בוואקום; מבנה מרטנסיטי נותן 800 MPa עם קצה חופשי של 30 מיקרומטר-.
חומרים עתידיים נכנסים לזירה הלא-סטנדרטית
סגסוגות -אנטרופיות גבוהות (CoCrFeMnNi) עם נתיב יציקה + CNC עבור גבעולים של ירך.
נחושת מחוזקת -בגרפן (0.1% משקל) המעניקה IACS גבוה ב-30% עבור פסי EV-.
סרטי פלדה אמורפיים מרותכים בלייזר-לגלגלי שיניים בצורת- נטו, ולאחר מכן גימור 5 צירים עד לרמת דיוק של 5 מיקרומטר.
קח-במקום
מכיוון שכל חלק לא-סטנדרטי מתחיל בשרטוט ריק, רשימת החומרים מוגבלת רק על ידי פיזיקה וכלכלה, לא על ידי דפי קטלוג. שליטה במגוון הזה-בידיעה ש-6061, Ti-6Al-4V או Cu-Cr-Zr היא רק השאלה הראשונה - הופכת עיבוד מתכת מותאם אישית לנשק עיצובי תחרותי ולא לאי נוחות ברכש.
