Kompozit s metalnom matricom-aluminij ojačan brkovima od silicij karbida-je ukovan u visoko-kočni rotor unutar grijane preše. Ploča koja cijedi ovu mješavinu pri žarkoj toplini mora biti dovoljno jaka da ne popusti pod opterećenjem i dovoljno precizna da ravnomjerno zagrije smjesu dok metal ne teče oko svake keramičke čestice.
U proizvodnji naprednih materijala,heated platen metalna matrica kompozit vruće prešanjeproces čini okosnicu puteva konsolidacije koji se koriste za transformaciju mješavina praha u gusto{0}}nosive komponente. Kompoziti s metalnom matricom (MMC) kombiniraju duktilne metale s -keramičkim ojačanjima visoke čvrstoće, ali postizanje potpunog zgušnjavanja zahtijeva istovremenu primjenu visokog tlaka i strogo kontrolirane toplinske energije.
Sustav grijane ploče stoga nije samo izvor topline-već je i strukturni element odgovoran za održavanje točnosti dimenzija pod ekstremnim mehaničkim i toplinskim naprezanjem.
Osnove vrućeg prešanja za MMC
Vruće prešanje uključuje stavljanje kalupa-punjenog prahom između dvije grijane ploče unutar hidrauličke preše-visoke sile.
Proces obično uključuje:
Punjenje mješavine praha u krutu matricu
Postavljanje između grijanih ploča
Primjena sile pritiska
Toplinska aktivacija difuzije i plastičnog strujanja
Konsolidacija u gustu čvrstu gredicu
Ovisno o sustavu materijala, uvjeti obrade značajno variraju:
Kompoziti s aluminijskom matricom: ~500–600 stupnjeva
Kompoziti titanijske matrice: iznad 1000 stupnjeva
Pod tim uvjetima, metalna matrica postaje dovoljno plastična da teče oko čestica keramičke armature, eliminirajući poroznost i formirajući jedinstvenu strukturu.
Funkcija grijanih ploča u MMC konsolidaciji
Uheated platen metalna matrica kompozit vruće prešanje, sustav ploča istovremeno obavlja dvije ključne uloge:
Termički kontrolni element
Nosivi-konstrukcijski element
Toplinska funkcija
Ploče osiguravaju ravnomjeran unos topline u sklop matrice. Ugrađeni grijaći elementi-često sustavi bazirani na molibden disilicidu ili-silicijevom karbidu-isporučuju kontroliranu toplinsku energiju preko površine ploče.
Ravnomjerna raspodjela temperature je neophodna jer:
Hladne zone rezultiraju nepotpunim sinteriranjem i zaostalom poroznošću
Vruće točke mogu uzrokovati lokalizirano taljenje ili segregaciju faza
Toplinski gradijenti iskrivljuju ponašanje protoka materijala
Čvrsto kontrolirano toplinsko polje osigurava dosljedno zgušnjavanje cijelog kompozitnog volumena.
Mehanička funkcija
Iste ploče također prenose velike tlačne sile iz hidrauličke preše u sklop matrice.
U primjenama s velikim-opterećenjima, sile mogu doseći nekoliko tona po kvadratnom centimetru površine kalupa. Pod takvim uvjetima, ploča mora odoljeti:
Plastična deformacija
Puzanje na povišenoj temperaturi
Savijanje površine pod cikličkim opterećenjem
Zahtjevi za materijale za grijane ploče
U MMC sustavima vrućeg prešanja, pločasti materijali moraju zadržati čvrstoću na visokoj temperaturi uz održavanje stabilnosti dimenzija.
Superlegure-na bazi nikla
Uobičajeni odabiri uključuju legure na bazi nikla-kao što je Inconel 718 zbog:
Visoka otpornost na puzanje
Stabilna mehanička svojstva na povišenoj temperaturi
Dobra otpornost na oksidaciju
Ovi se materijali naširoko koriste tamo gdje su toplinski ciklusi i mehanička opterećenja jaki.
Keramičke kompozitne ploče
Za primjene na još višim temperaturama, mogu se koristiti sustavi ploče-na bazi keramike. One pružaju:
Izvrsna otpornost-na visoke temperature
Nisko toplinsko širenje
Vrhunska otpornost na oksidaciju
Međutim, keramički sustavi zahtijevaju pažljivo rukovanje zbog krtosti pod udarnim opterećenjem.
Ujednačenost temperature i njezina važnost
Toplinska jednolikost je parametar koji definira kvalitetu konsolidacije MMC-a.
Ako dođe do varijacija temperature na površini ploče:
Protok materijala postaje neravnomjeran
Raspodjela armature postaje nedosljedna
Poroznost može ostati zarobljena u hladnijim zonama
Struktura zrna može varirati lokalno
Ravnomjerno zagrijavanje osigurava postojanu viskoznost metalne matrice tijekom deformacije, omogućujući ravnomjerno inkapsuliranje čestica ojačanja.
uheated platen metalna matrica kompozit vruće prešanjeprocesa, toplinski gradijenti su stoga strogo kontrolirani putem:
Zonski grijaći elementi
Ugrađeni nizovi termoparova
Slojevi sučelja visoke-vodljivosti
Sustavi precizne povratne sprege
Kontrola atmosfere u vrućem prešanju
Mnoge operacije vrućeg prešanja MMC-a provode se u kontroliranim atmosferama kako bi se spriječila oksidacija i kontaminacija.
Tipična okruženja uključuju:
Visoki vakuum
Inertna atmosfera argona
Ovi uvjeti su neophodni jer:
Metalni prah brzo oksidira na povišenim temperaturama
Oksidni slojevi inhibiraju vezivanje čestica
Keramička ojačanja mogu reagirati s kisikom na visokoj temperaturi
Kontrola atmosfere uvodi dodatna ograničenja na brtvljenje ploče, kompatibilnost materijala i toplinski dizajn.
Razmatranja termičkog ciklusa i hlađenja
Nakon konsolidacije, kontrolirano hlađenje je neophodno za očuvanje mikrostrukturnog integriteta.
Brzo hlađenje može izazvati:
Toplinski udar u kompozitnoj gredici
Stvaranje zaostalog naprezanja
Delaminacija između faza matrice i ojačanja
Iz tog razloga, ploče i matrice se često postupno hlade u kontroliranom slijedu kako bi se minimizirali toplinski gradijenti tijekom skrućivanja.
Sam sustav ploče mora izdržati ponovljene cikluse grijanja i hlađenja bez izobličenja ili kvara uslijed zamora.
Napomena o materijalu: grafitne ploče u sustavima s-niskim tlakom
U određenim -tlačnim ili specijaliziranim primjenama grafitne ploče koriste se kao alternativa metalnim sustavima.
Prednosti grafitnih ploča
Otpornost na visoke temperature
Izvrsna toplinska vodljivost
Nisko toplinsko širenje
Ne{0}}ponašanje s mnogim rastaljenim metalima
Ograničenja
Niža mehanička čvrstoća u usporedbi sa superlegurama
Osjetljivost na oksidaciju u zraku
Smanjena sposobnost-nosivosti pod visokim pritiskom
Grafitni sustavi su stoga obično rezervirani za vakuum ili inertna okruženja s umjerenim silama pritiska.
Osjetljivost procesa i stvaranje grešaka
MMC vruće prešanje vrlo je osjetljivo na male varijacije procesa.
Nedostaci mogu proizaći iz:
Ne{0}}ujednačenost temperature
Kolebanja tlaka
Nepotpuno pakiranje praha
Aglomeracija armature
Neusklađenost matrice
Takvi nedostaci mogu značajno smanjiti učinak zamora ili strukturnu pouzdanost u konačnoj komponenti.
Industrijska primjena MMC vrućeg prešanja
Vruće-prešani MMC naširoko se koriste u-tehničkim aplikacijama visokih performansi, uključujući:
Zrakoplovne konstrukcijske komponente
Rotori automobilskih kočnica
Sustavi toplinskog upravljanja
Visoko{0}}habajući industrijski alat
Strukturalni dijelovi-razreda obrane
Kombinacija niske gustoće i velike krutosti čini ove materijale posebno vrijednima tamo gdje je omjer performansi-i-težine kritičan.
Zaključak
Grijane ploče igraju središnju ulogu u vrućem prešanju kompozita s metalnom matricom istovremenom isporukom ravnomjerne energije visoke-temperature i izdržavanjem ekstremnih mehaničkih opterećenja. Unutarheated platen metalna matrica kompozit vruće prešanjeprocesa, ove komponente osiguravaju da se metalni prah i keramička ojačanja konsolidiraju u guste strukture visokih-učinkovitosti pod strogo kontroliranim toplinskim i tlačnim uvjetima.
Izrađene od-superlegura na visokim temperaturama ili napredne keramike, ove ploče rade pod vakuumom ili inertnom atmosferom kako bi spriječile oksidaciju i osigurale čistoću materijala. Njihova sposobnost održavanja ravnomjerne raspodjele temperature uz otpornost na puzanje i deformaciju ključna je za proizvodnju MMC komponenti-bez kvarova.
U konačnici, teške ploče na visokoj-temperaturi koje se koriste u MMC vrućem prešanju nepopustljivi su alati koji pretvaraju rasuti prah u materijale koji mogu zaustaviti sportski automobil. Najčvršći materijali rađaju se pod najjačom, najtoplijom prešom.
