MMC'lerin yükselişi: Metal Matris Kompozitlerinin kullanımındaki avantajlar, zorluklar ve çözümler
Hafif ama sağlam özellikleriyle Metal Matrix Composites, özellikle havacılık ve otomotiv bileşen uygulamalarında endüstrileri dönüştürmeye başlıyor. İşte MMC'leri kullanmanın bazı artıları ve eksileri ve bunları en iyi nasıl işleyeceği.
Günümüzün havacılık ve otomotiv endüstrilerindeki mühendislik üreticileri için kutsal bir kâse varsa, hafif ama dayanıklı ürünler nasıl yaratılır.
Bu iki endüstri için çok büyük bir uğraştır, çünkü sürdürülebilirliğin ikiz baskısı (düzenleme ve artan müşteri talepleri yoluyla) ve maliyet verimliliği ile uğraşıyorlar.
“Bir uçağın veya otomobilin toplam yakıt tüketimini azaltmak için çok ağır olmayan bir malzeme ve bileşen tasarlamanız gerekir, ancak yine de büyük miktarda mukavemet, aşınma direnci ve dayanıklılığa sahip olursunuz” diye açıklıyor Seco Tools’da İşleme Araştırması Kıdemli Uzmanı Rachid M’Saoubi.
MMC'ler, ağırlık azaltma ve mekanik esneklik arasındaki zor dengeleme eylemini gerçekleştiren bir malzeme sınıfıdır. Temel olarak, daha yumuşak malzemelerin daha sert, güçlendirilmiş elemanlarla birleşimidir. Yaygın örnekler arasında daha dayanıklı silikon karbür veya titanyum silikon karbür ile infüze edilen daha yumuşak alüminyum alaşımları bulunmaktadır.
Bir tarif üzerinde çalışan bir şef gibi, üreticiler, modern otomotiv ve havacılık bileşen tasarımında önemli bir faktör olan ağırlığı en aza indirirken, aşınma direncini, mekanik ve termal mukavemeti artırmayı başaran hassas bir karışım elde etmeye çalışırlar.
“Havacılık endüstrisinde, uçak motorlarında çalışma sıcaklıklarındaki ve çalışma verimliliğindeki artış, kullanılan malzemelerin daha da büyük gerilimlere dayanması gerektiği anlamına geliyor” diyor M’Saoubi.
Al-Silikon karbür ve Al-Al2O3 gibi alüminyum metal matris kompozitleri, mükemmel aşınma direnci ve termal stabilitelerinin motorlar, fren sistemleri ve süspansiyon sistemleri için uygun hale getirdiği otomotiv endüstrisinde bulunur.
Titanyum Silikon Karbür motorlarda yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılır. Bu kompozitler, seramik parçacıkları veya liflerle güçlendirilmiş matris malzemesi olarak titanyum içerir. Mükemmel mukavemet-ağırlık oranı, yüksek sıcaklık direnci ve korozyon direnci sunarak türbin kanatları, yanma astarları ve egzoz kanalları gibi bileşenler için uygundur.
Diğer MMC'ler, sertliği, korozyon direnci ve mukavemeti gövde panellerinde, şasi bileşenlerinde ve şanzıman kasalarında kullanmak için iyi olan magnezyum bazlı kompozitleri içerir; ve gövde panellerinde, tekerlek göbeklerinde ve güç aktarma organlarında kullanılan hibrit ve gelişmiş MMC'ler.
MMC'ler yeni bir malzeme mükemmelliği çağı vaat ederken, gerçek işleme belirli engelleri ortaya çıkarır. Bir bakıma onların güçlü yönleri de zayıflıklarını içerir.
“Doğada hafif oldukları için, işleme sırasında deformasyona eğilimli olma eğilimindedirler” diye açıklıyor M’Saoubi.
Özellikle ince duvarlı yapılarda yaygın olan bozulma sorunları, hem işleme hem de ısıl işlem aşamalarında titiz bir dikkat gerektirir.
“Sapma veya bükülme olmadan başarılı bir şekilde işlenmelerini sağlamak için hassas fikstüre ve özel aletlere gerçekten ihtiyacınız var” diye ekliyor.
Ek olarak, çoğu MMC'nin net olmayan şekli, makinistin çok hassas olmasını gerektirir. Ne kadar az malzeme varsa, ham madde bloğuna kıyasla şekillendirmede hata payı o kadar azdır. “Genellikle olan şey, ağa yakın şekil malzemesinin hafif olmasıdır, bu nedenle düşük bir elastikiyet seviyesi vardır ve parça kolayca bükülebilir” diyor M’Saoubi.
“Ne kadar az malzeme çıkarmanız gerekiyorsa, aletinizin geometrisine o kadar fazla dikkat etmeniz gerekir, bu nedenle aletinizin mikro geometrisi önemlidir.”
MMC'leri işlerken doğru kesme uçlarını seçmek özellikle çok önemlidir. Genel tercih, ince taneli çimentolu karbür veya polikristalin elmas aletler gibi yüksek aşındırıcı aşınma direncine sahip malzemeler içindir; çünkü bunlar, biriken kenarı azaltmak için keskin bir kenarı korur.
Bununla birlikte, uzun elyaf takviyeli titanyum alaşımları gibi yeni MMC kompozisyonlarının ortaya çıkması, makinistin daha nüanslı bir yaklaşım benimsemesi gerektiği anlamına gelir.
Rachid M’Saoubi, “uzun elyaf malzemeleri, farklı yönlerde farklı davranışların olduğu anizotropi gibi belirli yönlerde belirli özellikler gösterebilir, çünkü lifler sadece belirli yönlerde hizalanır” diyor.
“Kompozit malzemelerde bu oldukça sık görülür. Örneğin, karbon fiber takviyeli plastik, belirli şekillerde yönlendirilen liflere sahiptir. Bu, oryantasyonu değiştirmeniz gerektiği anlamına gelir, böylece size birden fazla yönde genel olarak iyi bir mekanik özellik sunarlar. ”
M'Saoubi, kısa parçacıkların MMC'lerde daha az sorun olduğunu söylüyor (hacim fraksiyonu% 40'e kadar). Ancak malzemedeki boyutlarını ve dağılımlarını anlamak, mümkün olan en iyi işleme sonuçlarını elde etmek için çok önemlidir.
Kesme aleti teknolojisinde öncü olan Seco Tools, kesme stratejilerini sürekli olarak yeniliyor ve esnek işleme yaklaşımlarını benimsiyor, ayrıca keskin odakta MMC'ler gibi sorunları olan ortaklarla sektörler arası ve akademi çalışıyor.
Thermac Case hikayesini keşfedin
“Sadece bu yeni ve yeni ortaya çıkan malzemelerin getirdiği zorlukları değil, aynı zamanda takım tezgahlarının geliştirilmesiyle ortaya çıkan fırsatları da incelemeliyiz” diyor M’Saoubi.
“Takım tezgahları, takım çözümlerini daha iyi kullanmak için geliştirilmektedir ve bu malzemeleri hafif ve ağa yakın şekilli malzemelerle ilgili sorunlar nedeniyle işlediğimizde kesme stratejilerini göz önünde bulundurmak çok önemlidir.
Yeni işleme zorluklarının ortaya çıkmasıyla her zaman gelişen bir alan, ancak Rachid M’Saoubi, bu daha hafif, daha esnek MMC’lerin büyük potansiyele sahip olduğunu hissediyor.
“Daha yüksek performans, verimlilik ve sürdürülebilirlik sunuyorlar” diyor.
Inline Content - Survey
Current code - 5fce8e61489f3034e74adc64
