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May 26, 2023

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January 9, 2023 Share to your network: Powder Metallurgy has long been used to

9 gennaio 2023

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La metallurgia delle polveri è stata a lungo utilizzata per produrre parti porose, come cuscinetti autolubrificanti a base di bronzo e ferro, mediante compattazione e sinterizzazione delle polveri, dove la porosità può essere riempita con un olio lubrificante per conferire ai cuscinetti porosi un basso coefficiente di attrito ( COF) ed elevata resistenza all'usura in un'ampia gamma di applicazioni. Ora, i ricercatori dell’Università della Finlandia orientale e dell’Università di scienze applicate della Carelia, entrambe a Joensuu, in Finlandia, hanno utilizzato lo stampaggio a iniezione di metalli per produrre parti porose in acciaio inossidabile 17-4 PH. Le parti porose 17-4 PH sono impregnate con cera di paraffina per fornire le proprietà autolubrificanti richieste. I ricercatori – M Kultamaa, K Monkkonen, JJ Saarinen e M Suvanto – hanno recentemente presentato i risultati del loro lavoro in un articolo pubblicato su Tribology International, vol. 174, 2022, che ha indicato che nuovi tipi di componenti in acciaio inossidabile porosi e autolubrificanti con basso COF possono essere prodotti da MIM.

Gli autori hanno riferito che la polvere di acciaio inossidabile polyMIM 17-4 PH martensitico e indurito per precipitazione è stata miscelata con cloruro di sodio (NaCl), con una distribuzione dimensionale di 200–315 µm, come materiale di supporto dello spazio. La quantità di NaCl variava dal 10, dal 20 al 30% in peso. Alla miscela è stato aggiunto anche l'1% in peso di cera di paraffina per aumentare la scorrevolezza della materia prima polyMIM 17-4 PH contenente elevate quantità aggiunte di NaCl durante lo stampaggio a iniezione. I parametri di stampaggio a iniezione per i provini rettangolari con contenuto di NaCl e un campione con perno cilindrico senza NaCl sono riepilogati nella Tabella 1. Come si può vedere nella tabella, i campioni con il 30% in peso di NaCl hanno richiesto una temperatura di stampaggio più elevata (210°C), così come un tempo di stampaggio più lungo e una pressione più elevata per compensare la maggiore viscosità e la minore fluidità della miscela di materia prima. I parametri scelti hanno garantito il completo riempimento della cavità dello stampo e, di conseguenza, una qualità uniforme del campione tra le diverse porosità, controllata dalla quantità di NaCl nelle miscele di materie prime.

Il deceraggio delle parti stampate è stato inizialmente effettuato in un bagno di acqua distillata a 60°C per 20 ore per rimuovere il materiale di supporto dello spazio NaCl e la parte solubile in acqua del materiale legante nella materia prima in polvere originale. Le parti marroni sono state poi essiccate a 100°C per 2 ore. Le porosità basate sulla perdita di massa (%) delle parti stampate in acciaio inossidabile 17-4 PH prima e dopo il deceraggio sono riportate nella Tabella 2.

Qualsiasi legante residuo è stato rimosso dalle parti durante la fase di sinterizzazione, che è stata effettuata fino a 1350°C in atmosfera di idrogeno. La Fig. 1 mostra immagini SEM in sezione trasversale della struttura dei pori interni dei campioni porosi di acciaio inossidabile sinterizzato 17-4 PH. La quantità di materiale portaspazio (NaCl) con il 10% in peso (a) ha dato come risultato una porosità del 23,2%, con il 20% in peso (b), una porosità del 38,4%; e, al 30% in peso (c), è stata osservata una porosità del 48,2%. Le porosità delle parti porose MIM sinterizzate sono state calcolate dalle densità e la densità media dei campioni non porosi, 0% in peso, è stata considerata come punto di riferimento. La densità della paraffina utilizzata era 0,90 g/cm3.

Le risultanti parti porose in acciaio inossidabile sinterizzato 17-4 PH sono state successivamente riscaldate a 100°C e immerse in cera di paraffina fusa per 15 minuti per consentire l'impregnazione della porosità aperta. La cera di paraffina in eccesso sulla superficie dei campioni porosi e impregnati con PH 17-4 è stata rimossa utilizzando N-eptano per garantire che la lubrificazione provenisse solo dalla paraffina conservata nella porosità aperta dei campioni.

I COF dinamici di campioni di acciaio inossidabile 17-4 PH porosi e non porosi sono stati misurati in condizioni di scorrimento a secco e lubrificati con paraffina. Come partner di attrito statico sono stati utilizzati perni cilindrici non porosi 17-4 PH con punta sferica. Ciascun test è stato effettuato almeno tre volte e su provini diversi per garantire ripetibilità e coerenza dei risultati. Sono stati utilizzati carichi normali di 10 e 30 N con una distanza di scorrimento di 100 m.

Gli autori hanno riferito che la paraffina ha ridotto significativamente il coefficiente di attrito radente per tutti i campioni porosi sinterizzati con 17-4 PH sotto un carico normale di 10 N. I valori COF più bassi sono stati registrati per i campioni con il 20% in peso e il 30% in peso di NaCl. Si è scoperto che la paraffina impregnata nella porosità aperta dei campioni porosi con PH 17-4 è l'unica responsabile della riduzione dell'attrito di scorrimento. Gli autori hanno inoltre notato che, sebbene la quantità di paraffina impregnata nei campioni porosi al 10% in peso fosse bassa rispetto ai campioni al 20% in peso e al 30% in peso, era sufficiente per ridurre significativamente l'attrito (COF = 0,15). I valori COF per i campioni del 20% in peso e del 30% in peso con carico normale di 10 N erano pari a circa 0,07. I valori COF con un carico normale di 30 N per i campioni porosi sinterizzati con PH 17-4 impregnati con paraffina sono risultati simili ai risultati con un carico di 10 N.