تنوع انتخاب مواد برای قطعات فلزی غیر استاندارد

چرا "غیر-استاندارد" نیز به معنای "غیر-مواد استاندارد" است
هنگامی که یک قطعه به هیچ مشخصات کاتالوگ محدود نمی شود، آلیاژ خود به یک متغیر طراحی تبدیل می شود. بنابراین مهندسان می‌توانند از بین بیش از 300 فلز آماده ساخته شده، ریخته‌گری و افزودنی-برای متعادل کردن استحکام-به-وزن، مقاومت در برابر خوردگی، رفتار حرارتی/الکتریکی، زیست-سازگاری، قابلیت ماشین‌کاری و هزینه واحد انتخاب کنند.

"لیست کوتاه" که 90٪ مشاغل سفارشی را پوشش می دهد

خانواده	آلیاژهای معمولی	ویژگی های کلیدی	نمونه های قطعه سفارشی
آلومینیوم	6061-T6، 7075-T6، 5083-H321، AlSi10Mg (AM)	سبک، 170-530 مگاپاسکال UTS، ماشینکاری عالی و هدایت حرارتی	براکت های پهپاد، صفحات خنک کننده باتری EV، مراحل نوری
تیتانیوم	درجه 2 (CP)، درجه 5 (Ti-6Al-4V)، Ti-6Al-4V ELI	900 مگاپاسکال UTS، ρ=4.5 گرم سانتی‌متر⁻³، زیست سازگار، سرویس 300 درجه	سوهان جراحی، ردیاب فلپ هوافضا، ابزارهای ثبت سوراخ پایین-
فولادهای ضد زنگ و PH	304 لیتر، 316 لیتر، 17-4 PH، 15-5 PH	مقاوم در برابر خوردگی، PH 17-4 پس از پیری 480 درجه به 40 HRC می رسد	دریچه‌های درجه-غذا، درج‌های قالب، محفظه‌های حسگر دریایی
آلیاژهای فوق العاده-بر پایه نیکل	Inconel 718, 625, Hastelloy C-276	700-1200 مگاپاسکال، خزش > 650 درجه، مقاوم در برابر اکسیداسیون و کلرید	چرخاننده های توربین، کوپلینگ های زیر-دریایی، بافل های راکتور شیمیایی
آلیاژهای مس	OFHC Cu، Cu{0}}Cr-Zr، C17200 Be-Cu، Cu{4}}Ni-Si	σ > 500 مگاپاسکال، IACS بزرگتر یا مساوی 80 ٪، بدون جرقه-	امواج RF-راهنماها، الکترودهای جوشکاری مقاومتی-، باس-میله‌ها
فولادهای کم آلیاژ-و ابزار	4140 QT, 4340, H13, D2, M2	محدوده 28 تا 62 HRC، مقاوم یا مقاوم-	چرخ دنده ها، شفت ها، پانچ ها، هسته های تزریق پلاستیک-
منیزیم	AZ91D (ریخته گری)، AZ31B (فرفورژه)، WE43 (زمین-نادر)	ρ=1.8 g cm⁻³، محافظ EMI، خشک کردن ماشین	بازوهای هواپیماهای بدون سرنشین، تابلوهای ابزار هوافضا
نسوز و تخصصی	Mo، W، Ta، Zr، Nb	نقطه ذوب بسیار بالا، کدورت اشعه ایکس-	الکترودهای کوره، اهداف کندوپاش، کولیماتورهای درمان سرطان-
کامپوزیت های ماتریس{0}}فلزی	Al-SiC (35%)، مس-W، Al-الماس	CTE سفارشی، 200–600 W m-1 K-1	صفحات سرد-IGBT، پخش کننده های حرارتی ماهواره ای
آمورف و HEA	BMG، CoCrFeMnNi مبتنی بر Zr-	2 GPa بازده، خالص- ریخته گری شکل ممکن است	جعبه‌های ساعت لوکس، چرخ‌دنده‌های میکرو{0} با دندانه‌های 5 میکرومتری

روش انتخاب (نسخه 30 دقیقه ای)

حالت‌های محدودیت فهرست-: σmax، Tmax، عمر خستگی، جفت گالوانیکی، FDA/USP، REACH، RoHS.

رتبه بر اساس ρ/UTS، κ (کنترل حرارتی)، CTE و شاخص ماشینکاری (1-10).

آلیاژهایی را حذف کنید که در هر گیت «go/no-go» ناموفق هستند (به عنوان مثال، 316L نمی تواند به 45 HRC برسد).

ماتریس تصمیم وزنی را اجرا کنید (هزینه × 30 درصد، جرم × 25 درصد، سرب{2}}زمان × 20 درصد، خوردگی × 15 درصد، قابلیت ماشینکاری × 10 درصد).

اعتبار سنجی با 100 گرم مذاب آزمایشی یا مکعب افزودنی ← بررسی کشش و ریزساختار.

قابلیت ماشینکاری در مقابل مبادله دارایی-

برنج برنجی رایگان CuZn39Pb3 1.5× سریعتر از 6061 حفاری می کند، اما UTS تنها 380 مگاپاسکال است.

Ti{3}}6Al-4V کاربید را با سرعت 30 میلی متر در دقیقه می خورد. تغییر به خنک کننده فشار بالا (10 مگاپاسکال) سرعت را به 90 میلی متر در دقیقه با عمر ابزار 3× افزایش می دهد.

Inconel 718 به تراش سرامیکی با سرعت 200 متر در دقیقه نیاز دارد. کاربید پوشش داده شده در ناحیه برش بالای 600 درجه نرم می شود.

زوایای پایداری و بازیافت

ضایعات 6061 و 316L > 95 % ارزش خام را برمی گرداند. بازگردانی مبتنی بر-مس و نیکل-هنوز ۷۰ درصد واکشی می‌کنند.

تولید افزودنی خرید-برای-پرواز را از 15:1 (Inconel hog-بیرون) به 1.2:1 کاهش می‌دهد و 40 کیلوگرم CO₂ به ازای هر کیلوگرم قطعه صرفه‌جویی می‌کند.

آلومینیوم جدید کم{0}کربن (Elysis، 2 تن CO₂/t Al) قبلاً توسط سازندگان خودروهای اروپایی برای محفظه های سفارشی درخواست شده است.

مطالعات موردی کوچک

مورد 1 - بازوی روباتی بدون خوردگی سبک-وزن-
مورد نیاز: عملکرد 200 مگاپاسکال، < 2.6 گرم سانتی‌متر، قابل جوش، غیر قابل غیرفعال شدن.
تصمیم: 7075-T6 با Al-Li 2195 (ρ 2.63 گرم سانتی‌متر⁻3، UTS 455 مگاپاسکال) جایگزین شد، که 8 درصد جرم و CTE مطابق با لوله فیبر کربن را کاهش داد.

مورد 2 - تقویت‌کننده ماهواره‌ای-گرمای-شار بالا
نیاز: بار حرارتی 400 وات، CTE 6-8 ppm درجه ⁻1، فضا- واجد شرایط.
تصمیم: Al-SiC 35 % MMC، الماس-به Ra 20 نانومتر تبدیل شده است، عدم تطابق CTE با تراشه GaN را حذف می‌کند.

مورد 3 - پانچ بیوپسی یکبار مصرف
نیاز: < 0.5 €، لبه 52 HRC، قابل استریل، دیوار 0.3 میلی متر.
تصمیم: 420 مهر و موم ضد زنگ و سخت شده با خلاء. ساختار مارتنزیتی 800 مگاپاسکال با فرز 30 میکرومتر لبه آزاد می دهد.

ورود مواد آتی به عرصه غیر استاندارد-

آلیاژهای{0}}آنتروپی بالا (CoCrFeMnNi) با مسیر ریختگی + CNC برای ساقه های باسن.

مس تقویت‌شده با گرافن (0.1 درصد وزنی)، 30 درصد IACS بالاتری را برای میله‌های اتوبوس{3} EV می‌دهد.

روبان‌های فولادی آمورف با لیزر-در چرخدنده‌های شبکه‌ای- جوش داده می‌شوند، سپس با دقت 5 میکرومتر 5 محور تکمیل می‌شوند.

بردارید-
از آنجایی که هر بخش غیر استاندارد با یک طراحی خالی شروع می‌شود، فهرست مواد فقط توسط فیزیک و اقتصاد محدود می‌شود، نه صفحات کاتالوگ. تسلط بر این تنوع-دانستن این موضوع که 6061، Ti-6Al-4V یا Cu-Cr-Zr تنها اولین سؤال است که فلزکاری سفارشی را به یک سلاح طراحی رقابتی تبدیل می‌کند تا یک مزاحمت برای خرید.