GB/T 2965 a další: Přizpůsobení čínského standardu titanu TC4 pro aditivní výrobu (AM) mezinárodním specifikacím pro prášky

Pokud pracujete s titanovými slitinami, zejména v oblasti aditivní výroby, pravděpodobně jste si všimli, že normy nejsou všude stejné. Různé země mají své vlastní specifikace. Různé odvětví mají své vlastní požadavky. A pokud nakupujete materiál nebo prodáváte díly přes hranice, tento rozptýlený systém norem se může velmi rychle stát matoucím.

Vezměme si například titanovou slitinu TC4. Jedná se o čínské označení slitiny, kterou většina světa zná jako Ti-6Al-4V. Je to „pracovní kůň“ mezi titanovými slitinami – pevná, lehká a odolná proti korozi. Používá se v leteckém a kosmickém průmyslu, v medicíně, v automobilovém průmyslu – prostě všude. V Číně byl dlouhodobě standardem pro tvářené polotovary této slitiny předpis GB/T 2965. Avšak s rozvojem aditivní výroby a s rostoucím využitím práškových technologií, jako je fúze vrstvy prášku (powder bed fusion) nebo práškové lití kovů (metal injection molding), se lidé ptají, jak tento čínský standard koresponduje se světovými specifikacemi pro prášky určené pro aditivní výrobu.

Podívejme se na to podrobněji. Co přesně stanovuje norma GB/T 2965? Jak se porovnává se standardy jako ASTM F2924 nebo ISO 5832-3? A pokud zakupujete prášek z titanové slitiny TC4 pro 3D tisk, co všechno potřebujete vědět?

Co norma GB/T 2965 skutečně upravuje

GB/T 2965 je čínská národní norma pro tyče a dráty z titanu a titanové slitiny. Je zde již dlouho a je dobře zaveden v průmyslových odvětvích, které používají tradiční výrobní metody. Pokud jste kování, obrábění, nebo jinak pracují s pevným TC4 titanu, to je standard, který se podívat na.

Specifikuje věci jako chemické složení, mechanické vlastnosti a testovací metody pro materiál v jeho konečné podobě. Říká vám, kolik hliníku by mělo být ve slitině, kolik vanadu a jaké jsou přípustné limity pro věci jako železo, kyslík a dusík. Uveďte také minimální hodnoty pevnosti v tahu, pevnosti výtoku a prodloužení.

Problém je, že GB/T 2965 byla napsána s ohledem na kovové výrobky. Tyče, tyče, dráty. Věci, které byste obrábali nebo kovali. Nejedná se přímo o prášek. A prášek je úplně jiná hra.

Proč prášek potřebuje vlastní řadu pravidel

Když přejdete od pevného kovu k prášku, změní se mnoho věcí. Materiál musí proudit. Musí se rovnoměrně zhušťovat. Musí se tavit a tuhnout způsobem, který se výrazně liší od toho, co se děje ve výkovech nebo válcovnách. A vlastnosti konečné součásti závisí nejen na chemickém složení, ale také na charakteristikách prášku a samotném tiskovém procesu.

Proto vznikly normy jako ASTM F2924. Jsou vypracovány speciálně pro aditivní výrobu. Zahrnují nejen chemické složení, ale také například rozdělení velikosti částic, morfologii prášku a mechanické vlastnosti tištěných zkušebních vzorků.

U titanu TC4 používaného v technologii fúze vrstev prášku jsou požadavky na chemické složení podle normy ASTM F2924 podobné požadavkům normy GB/T 2965, avšak nejsou totožné. Liší se povolené meze určitých prvků. Navíc norma pro aditivní výrobu obsahuje dodatečné požadavky, které ve standardu pro tvářené materiály vůbec neexistují.

Srovnání chemického složení

Podívejme se trochu na čísla. Obě normy vyžadují přibližně 6 % hliníku a 4 % vanadu. To je jádro slitiny. Avšak podrobnosti rozhodují.

Kyslík je dobrým příkladem. V normě GB/T 2965 je povolený obsah kyslíku závislý na konkrétní třídě a použití. U mnoha tříd činí limit přibližně 0,2 %. V normě ASTM F2924 je tento limit také obvykle 0,2 %, avšak existují jemné rozdíly. Příliš vysoký obsah kyslíku činí slitinu křehkou, zejména u tištěných dílů, jejichž mikrostruktura se liší od tvářených.

Železo je dalším prvkem. Mezní hodnoty jsou v obou normách obecně nízké, avšak nejsou vždy zcela shodné. Pokud jste zvyklí pracovat s jednou normou a začnete používat materiál certifikovaný podle druhé normy, je nutné pečlivě zkontrolovat uvedené hodnoty.

Tyto rozdíly se mohou jevit jako malé, ale mají význam. Pokud vyrábíte součásti pro letecký a kosmický průmysl, musíte splnit specifikaci požadovanou vaším zákazníkem nebo regulátorem. Nemůžete prostě předpokládat, že materiál splňující normu GB/T 2965 automaticky splňuje normu ASTM F2924. Musíte to ověřit.

Požadavky na mechanické vlastnosti

Mechanické vlastnosti jsou další oblastí, ve které se normy liší. Norma GB/T 2965 stanovuje vlastnosti pro tvářený materiál – například mez pevnosti v tahu, mez kluzu a prodloužení. Tyto hodnoty však pocházejí z testování tyčí nebo drátů, nikoli z tištěných součástí.

U aditivní výroby závisí vlastnosti na parametrech tisku, tepelném zpracování a orientaci součásti. Zkušební vzorek tištěný svisle může mít jinou pevnost než vzorek tištěný vodorovně. Norma musí tento fakt zohlednit.

Norma ASTM F2924 stanovuje požadavky na zkušební vzorky tištěné a testované za konkrétních podmínek. Uznává, že vlastnosti tištěného titanu TC4 se mohou lišit od vlastností tvářeného titanu, a proto stanovuje odpovídající cílové hodnoty.

Pokud jste výrobce, znamená to, že nemůžete prostě zakoupit prášek, který splňuje normu GB/T 2965, a předpokládat, že vaše tištěné díly projdou zkouškou podle ASTM F2924. Musíte kvalifikovat svůj výrobní proces. Musíte testovat skutečné tištěné vzorky.

Co to znamená pro dodavatele prášků

Pro společnosti, které vyrábějí titanový prášek TC4, je orientace v těchto normách součástí jejich práce. Musí vědět, co jejich zákazníci potřebují. Pokud zákazník vyrábí lékařské implantáty pro čínský trh, může potřebovat prášek, který odpovídá normám GB/T. Pokud exportuje díly do Evropy nebo Severní Ameriky, může být nutné splnit požadavky norem ASTM nebo ISO.

Nejlepší dodavatelé prášků navrhují své výrobní postupy tak, aby splňovaly nejpřísnější požadavky více norem. Přesně kontrolují chemické složení. Pravidelně provádějí zkoušky. Vše důkladně dokumentují. Tímto způsobem mohou obsluhovat celosvětovou zákaznickou základnu bez jakýchkoli přerušení.

Kyhe je jedním z těchto dodavatelů. Jejich zaměření na kvalitu a konzistenci znamená, že bez ohledu na to, zda potřebujete prášek pro technologii MIM, pro 3D tisk nebo pro tradiční výrobu, získáte materiál, jemuž můžete důvěřovat.

Role recyklovaného materiálu při splňování norem

Zde je další obrat. Udržitelnost se stává všude důležitější záležitostí. Použití recyklovaného titanového prášku TC4 je pro planetu i pro ziskovost výhodné. Recyklovaný materiál však musí splňovat stejné normy jako primární materiál.

To znamená přísnou kontrolu chemického složení. Obsah kyslíku se při recyklaci může zvyšovat. Do materiálu se mohou dostat i jiné kontaminanty. Pokud tedy používáte recyklovaný prášek, musíte jej testovat. Musíte prokázat, že splňuje požadované specifikace.

Společnosti s robustními systémy řízení kvality a certifikacemi, jako je GRS, mají v této oblasti výhodu. Vědí, jak recyklovaný materiál zpracovat, aniž by došlo ke zhoršení kvality. Mohou nabídnout udržitelné možnosti, které přesto splňují nejpřísnější normy.

Jak mohou výrobci překlenout tuto mezery

Pokud jste výrobce, který se snaží orientovat v tomto prostředí, co byste měli udělat? Za prvé, poznáte svůj trh. Jaké normy vyžadují vaši zákazníci? Jaká nařízení se vztahují na vaše výrobky?

Za druhé, komunikujte se svým dodavatelem prášku. Řekněte mu, co potřebujete. Zeptejte se ho, jak se jeho materiál shoduje s různými normami. Spolehlivý dodavatel bude mít tuto informaci připravenou.

Za třetí, testujte své díly. Nepředpokládejte nic. Vytiskněte zkušební vzorky, proveďte jejich zkoušky a ověřte, že splňují požadované parametry. To je jediný způsob, jak si být jisti.

Za čtvrté, vezměte v úvahu celý proces. Prášek je jen začátek. Nastavení stroje, následné zpracování, tepelné zpracování – všechno to ovlivňuje konečné vlastnosti. Musíte kontrolovat celý řetězec.

Budoucnost norem v aditivní výrobě

Normy nejsou statické. Vyvíjejí se spolu s technologiemi. S rozvojem aditivní výroby dochází stále častěji k harmonizaci norem mezi jednotlivými regiony. Probíhají úsilí o přizpůsobení čínských norem mezinárodním normám. To usnadní práci všem.

Zatím však platí rozdrobený systém norem. A pokud pracujete s titanem TC4, musíte vědět, které části tohoto systému na vás konkrétně platí.

Dobrou zprávou je, že samotný materiál je dobře prozkoumán. Titan TC4 se používá již desítky let. Je znám jeho chování za různých podmínek. Ať už pracujete podle norem GB/T 2965, ASTM F2924 nebo jiných, základní principy jsou stejné. Jedná se o spolehlivou a ověřenou slitinu.

Spojení všech prvků

Nakonec lze říci, že normy jsou nástroji. Pomáhají zajistit kvalitu a poskytují všem společný referenční bod. Avšak nevyprávějí celý příběh. Důležitý je materiál, důležitý je výrobní proces a důležití jsou lidé, kteří součásti vyrábějí.

Pokud používáte titanový prášek TC4, věnujte čas pochopení norem, které se vztahují na vaši práci. Poradte se se svými dodavateli. Testujte své díly. A neustále se učte, jak se obor vyvíjí.

Svět aditivní výroby se rychle mění. Normy budou krok za krokem sledovat tento vývoj. A s příslušným přístupem dokážete zvládnout rozdíly a vyrábět vynikající díly bez ohledu na to, podle které specifikace pracujete.