GB/T 2965 и по-нататък: Съгласуване на китайския стандарт за титанов сплав TC4 с глобалните спецификации за прахове за адитивно производство

Ако работите с титанови сплави, особено в областта на адитивното производство, вероятно сте забелязали, че стандартите не са еднакви навсякъде. Различните страни имат собствени технически изисквания, а различните индустрии – собствени изисквания. Ако осъществявате закупуване на материали или продажба на компоненти през граници, тази пестелива мозайка от стандарти може бързо да стане объркваща.

Вземете, например, титановия сплав TC4. Това е китайското означение за сплавта, която по-голямата част от света познава като Ti-6Al-4V. Тя е основният представител на титановото семейство – здрава, лека и устойчива на корозия. Използва се в аерокосмическата, медицинската, автомобилната и други индустрии – навсякъде, където е необходима. В Китай стандартът, който традиционно се използва за деформируемите форми на тази сплав, от дълго време е GB/T 2965. Но с разрастването на адитивното производство и все по-широкото приложение на процеси, базирани на прахове – като спечелване в прашен слой (powder bed fusion) и формоване чрез инжектиране на метален прах (metal injection molding), възниква въпросът как този стандарт съответства на глобалните спецификации, използвани за прахове за адитивно производство.

Нека разгледаме този въпрос по-подробно. Какво включва GB/T 2965? Как се сравнява със стандарти като ASTM F2924 или ISO 5832-3? И ако закупувате титанов прах TC4 за 3D печат, какво трябва да знаете?

Какво всъщност регулира GB/T 2965

GB/T 2965 е китайски национален стандарт за титанови и титанови сплави пръти и проводници. Той съществува от дълго време и е добре утвърден в индустриите, които използват традиционни производствени методи. Ако коваете, обработвате или по друг начин работите с твърд титан TC4, това е стандартът, към който се обръщате.

Той определя неща като химическия състав, механичните свойства и методите за изпитване на материала в неговата окончателна форма. Той ви казва колко алуминий трябва да има в сплава, колко ванадий, и какви са допустимите граници за неща като желязо, кислород и азот. Той също така дава минимални стойности за здравината на изтегляне, издръжливостта на износването и удължаването.

Проблемът е, че GB/T 2965 е написан с цел ковани продукти. Стъпки, пръчки, жици. Неща, които ще изработиш или изкусиш. Не се отнася директно до праха. А прахът е съвсем различна игра.

Защо на праха му трябва свой собствен набор от правила

Когато преминете от твърд метал към прах, много неща се променят. Материалът трябва да тече. Трябва да се уплътнява равномерно. Трябва да се стопява и затвърдява по начин, който се различава значително от това, което се случва при ковка или в ролково пресоване. Освен това свойствата на крайния компонент зависят не само от химичния състав, но и от характеристиките на праха, както и от самия процес на печатане.

Затова бяха разработени стандарти като ASTM F2924. Те са създадени специално за адитивното производство. Те обхващат не само химичния състав, но и други аспекти като разпределението по големина на частиците, морфологията на праха и механичните свойства на отпечатаните изпитателни образци.

За титановия сплав TC4, използван при фузия на прахови слоеве, изискванията към химичния състав по ASTM F2924 са подобни на тези по GB/T 2965, но не са идентични. Има разлики в допустимите граници за определени елементи. Освен това в стандарта за адитивно производство има допълнителни изисквания, които просто липсват в стандарта за деформируеми материали.

Сравнение на химичния състав

Нека се вгледаме малко в цифрите. И двете стандарта изискват приблизително 6 процента алуминий и 4 процента ванадий. Това е основата на сплавта. Но дяволът е в детайлите.

Кислородът е добър пример. В GB/T 2965 допустимото съдържание на кислород зависи от конкретния клас и приложение. За много класове границата е около 0,2 процента. В ASTM F2924 границата също обикновено е 0,2 процента, но има нюанси. Твърде много кислород прави сплавта крехка, особено в отпечатаните части, където микроструктурата се различава от тази на деформирани материали.

Желязото е друг пример. Границите за него са обикновено ниски в двата стандарта, но не винаги съвпадат точно. Ако сте свикнали с един стандарт и започнете да работите с материал, сертифициран според другия стандарт, трябва да проверите числата.

Тези разлики може да изглеждат незначителни, но имат значение. Ако произвеждате компоненти за аерокосмическата промишленост, трябва да отговаряте на техническите изисквания, определени от вашия клиент или регулатор. Не можете просто да предполагате, че материалът, съответстващ на стандарта GB/T 2965, автоматично отговаря и на ASTM F2924. Трябва да го проверите.

Изисквания за механични свойства

Механичните свойства са друга област, в която стандартите се различават. GB/T 2965 определя свойствата за деформируем (кован/изтеглен) материал — якост при опън, граница на текучест и удължение. Обаче тези стойности се получават чрез изпитване на пръти или жици, а не на отпечатани части.

При адитивното производство свойствата зависят от параметрите на изграждането, термичната обработка и ориентацията на детайла. Образец, отпечатан вертикално, може да има различна якост в сравнение с образец, отпечатан хоризонтално. Стандартът трябва да взема под внимание това.

ASTM F2924 определя изисквания за образци, които са отпечатани и изпитани при конкретни условия. В него се признава, че свойствата на отпечатан титанов сплав TC4 могат да се различават от тези на деформируемия материал, и се задават подходящи целеви стойности.

Ако сте производител, това означава, че не можете просто да закупите прах, който отговаря на стандарта GB/T 2965, и да предполагате, че вашите отпечатани детайли ще отговарят на ASTM F2924. Трябва да квалифицирате своя процес. Трябва да изпробвате реални отпечатани проби.

Какво означава това за доставчиците на прах

За компании, които произвеждат титанов прах TC4, ориентирането в тези стандарти е част от работата им. Те трябва да знаят какви са изискванията на своите клиенти. Ако клиентът произвежда медицински импланти за китайския пазар, може да се нуждае от прах, съответстващ на стандартите GB/T. Ако експортира детайли за Европа или Северна Америка, може да се наложи да отговаря на изискванията на ASTM или ISO.

Най-добрите доставчици на прах проектират своите процеси така, че да отговарят на най-строгите изисквания, предвидени в множество стандарти. Те стриктно контролират химичния състав. Редовно провеждат изпитания. Документират всичко. По този начин могат да обслужват глобална клиентела без никакви прекъсвания.

Kyhe е един от тези доставчици. Фокусът им върху качество и последователност означава, че независимо дали имате нужда от прах за MIM, за 3D печат или за традиционно производство, получавате материал, на който можете да разчитате.

Ролята на рециклираните материали при изпълнението на стандарти

Ето още една особеност. Устойчивостта става все по-важна навсякъде. Използването на рециклиран титанов прах TC4 е полезно както за планетата, така и за финансовите резултати. Но рециклираните материали трябва да отговарят на същите стандарти като първичните.

Това означава строг контрол върху химическия състав. Съдържанието на кислород може да се повиши по време на рециклирането. Други примеси също могат да се вмъкнат. Затова, ако използвате рециклиран прах, трябва да го тествате. Трябва да докажете, че отговаря на зададената спецификация.

Компаниите със силни системи за качество и сертификати като GRS имат предимство в този случай. Те знаят как да работят с рециклирани материали, без да се компрометира качеството. Те могат да предлагат устойчиви решения, които все пак отговарят на най-строгите стандарти.

Как производителите могат да преодолеят тази пропаст

Ако сте производител, който се опитва да навлезе в този пазар, какво трябва да направите? Първо, познайте своя пазар. Какви стандарти изискват вашите клиенти? Какви регулации се прилагат за вашите продукти?

Второ, комуникирайте с вашия доставчик на прахове. Съобщете им какви са вашите изисквания. Попитайте ги как техният материал отговаря на различните стандарти. Добрият доставчик ще има тази информация готова.

Трето, изпробвайте своите компоненти. Не правете предположения. Напечатайте пробни екземпляри, изпробвайте ги и потвърдете, че отговарят на изискванията. Това е единственият начин да сте сигурни.

Четвърто, вземете предвид целия процес. Прахът е само началото. Настройките на машината, последващата обработка, термичната обработка — всичко това влияе върху крайните свойства. Трябва да контролирате цялата верига.

Бъдещето на стандартите в адитивното производство

Стандартите не са статични. Те се развиват заедно с технологиите. С разрастването на адитивното производство наблюдаваме все по-голяма хармонизация между различните региони. В момента се водят усилия за усъвършенстване на съответствието между китайските стандарти и международните стандарти. Това ще опрости живота на всички.

Но засега съществува фрагментирана система. Ако работите с титанов сплав TC4, трябва да знаете кои части от тази пъзел са приложими за вас.

Добрата новина е, че самият материал е добре изучен. Титановата сплав TC4 се използва от десетилетия. Поведението ѝ в различни условия е добре известно. Независимо дали работите според GB/T 2965, ASTM F2924 или друг стандарт, основните принципи са едни и същи. Това е надежден и проверен сплав.

Съединяване на всичко

В крайна сметка стандартите са инструменти. Те помагат да се осигури качество. Те дават на всички обща отправна точка. Но те не разказват цялата история. Имаше значение материала. Има значение процесът. Има значение хората, които произвеждат компонентите.

Ако използвате титанов прах TC4, отделете време, за да разберете стандартите, които се прилагат за вашата работа. Поговорете с доставчиците си. Тествайте своите части. И продължавайте да учителствате, докато областта се развива.

Светът на адитивното производство се развива бързо. Стандартите ще го последват. И с правилния подход можете да преодолеете различията и да произвеждате отлични части, независимо от кой спецификации работите.