Luyện kim bột (ép và thiêu kết)

Cách hoạt động

1. 1

   Trộn. Bột kim loại mịn, hạt phần lớn nhỏ hơn 0,15 mm (cỡ bột mì), được trộn với bột hợp kim như than chì hoặc đồng. Khoảng 0,5–1% sáp bôi trơn được thêm vào để bột trượt dễ trong khuôn.

2. 2

   Rót đầy. Một đế cấp liệu trượt qua khuôn và đổ bột vào lòng khuôn (khoang rỗng tạo nên hình dạng). Chày dưới được đặt ở độ sâu cố định, nên mỗi lần nạp có cùng một lượng bột.

3. 3

   Ép. Chày trên và chày dưới ép bột từ hai đầu với lực khoảng 400–800 MPa (4–8 tấn trên mỗi centimet vuông). Kết quả là một chi tiết “xanh”: đủ hình dạng nhưng chỉ được giữ bằng các hạt cài vào nhau, nên giòn cỡ viên phấn.

4. 4

   Đẩy ra. Chày dưới nâng lên và đẩy chi tiết ra. Đế cấp liệu gạt chi tiết sang bên khi quay về nạp lại, nhờ vậy máy ép làm ra một chi tiết sau mỗi vài giây.

5. 5

   Thiêu kết. Một băng tải lưới đưa các chi tiết qua lò dài chứa khí bảo vệ (khí ngăn quá trình oxy hóa, phản ứng gây ra gỉ). Chất bôi trơn cháy hết trước. Sau đó, ở khoảng 1.120 °C với sắt và thép, các nguyên tử khuếch tán qua từng điểm tiếp xúc (sự khuếch tán) và tạo ra các “cổ” đặc giữa các hạt.

6. 6

   Hoàn thiện nếu cần. Nhiều chi tiết dùng được ngay khi ra khỏi lò. Số khác được ép định cỡ để kích thước chính xác hơn, ngâm dầu để làm ổ trượt tự bôi trơn, nhiệt luyện để tăng độ cứng, hoặc gia công cơ khí để làm lỗ ngang và ren.

Thông số chính

Vật liệu

Chủ yếu là sắt và thép; ngoài ra còn có thép không gỉ, đồng thanh, đồng thau, đồng, nhôm, hợp kim từ và cacbua vonfram

Chi tiết thường gặp

Bánh răng, đĩa xích, cam, ống lót, chi tiết khóa, nam châm, bộ lọc

Kích thước chi tiết

Thường từ vài gram đến khoảng 2 kg, phần lớn cỡ lòng bàn tay; lực ép giới hạn diện tích mặt

Độ chính xác

Khoảng ±0,05–0,1 mm sau thiêu kết; chặt hơn sau khi ép định cỡ

Bề mặt hoàn thiện

Xám mờ mịn, khoảng Ra 1–3 µm (Ra là chiều cao trung bình của các nhấp nhô bề mặt)

Số lượng phù hợp

Sản lượng lớn: thường từ khoảng 10.000 đến hàng triệu chi tiết mỗi năm

Chi phí khuôn dụng cụ và máy

Bộ khuôn khoảng 10.000–100.000 USD; máy ép và lò nung có giá hàng trăm nghìn đến hàng triệu USD

Tốc độ

Khoảng 10–30 chi tiết mỗi phút trên mỗi máy ép; chi tiết nằm trong lò khoảng 1–3 giờ nhưng lò chạy liên tục

Ưu điểm và hạn chế

Ứng dụng

• Ô tôBánh răng bơm dầu, đĩa xích cam, rôto định thời van, moay-ơ đồng tốc hộp số
• Dụng cụ điện và thiết bị gia dụngBánh răng hành tinh; ống lót tự bôi trơn trong máy khoan, quạt và máy trộn
• Khóa và phụ kiệnCam khóa, cần gạt, chi tiết chốt cửa
• ĐiệnLõi từ mềm của động cơ, nam châm ferit và đất hiếm
• Bộ lọcBộ lọc đồng thanh xốp và thép không gỉ, bộ giảm thanh trên van khí
• Dụng cụ cắtMảnh dao và mũi khoan cacbua vonfram

Cách nhận biết

• Bề mặt xám mờ đồng nhất; dưới kính lúp có thể thấy những lỗ rỗng li ti.
• Hình khối dạng lăng trụ: đường viền giữ nguyên từ trên xuống dưới, các mặt phẳng và bậc chỉ có theo hướng ép.
• Ống lót đồng thanh hơi nhờn khi sờ vào, vì các lỗ rỗng chứa dầu.
• Vát mép kết thúc bằng một mặt phẳng nhỏ ở rìa, vì mép chày sắc như dao sẽ bị gãy.

So sánh với

Xem video

Conventional Press-and-Sinter Powder Metallurgy

MPIF Videos · Toàn bộ hành trình từ bột đến chi tiết hoàn chỉnh, từ hiệp hội ngành

What does sintering mean? Sintering process easily explained

Simeko AG · Điều xảy ra giữa các hạt bên trong lò

Powdered Metal Process

Comtec Mfg., Inc. · Máy ép thực tế, lò thiêu kết và các chi tiết thành phẩm

GKN Powder Metallurgy - Advanced powders and innovative production technologies

GKN Powder Metallurgy · Cách chính bột kim loại được sản xuất, và các dây chuyền hiện đại

Xem ảnh thật

• Wikipedia: Powder metallurgy — tổng quan quy trình, kèm ảnh các chi tiết thiêu kết
• Tìm ảnh trên Wikimedia Commons