GB/T 2965 i inne standardy: dopasowanie chińskiego standardu tytanu TC4 do globalnych specyfikacji proszków do addytywnej produkcji

Jeśli pracujesz z stopami tytanu, zwłaszcza w dziedzinie technologii przyrostowej, prawdopodobnie zauważyłeś, że standardy nie są wszędzie takie same. Różne kraje mają własne specyfikacje, a różne branże – swoje wymagania. Jeśli zaś pozyskujesz materiały lub sprzedajesz elementy poza granicami kraju, ten fragmentaryczny układ standardów może bardzo szybko stać się mylący.

Weźmy na przykład tytan TC4. Jest to chińskie oznaczenie stopu, który w większości świata znany jest jako Ti-6Al-4V. Jest to podstawowy materiał rodziny tytanów: wytrzymał, lekki i odporny na korozję. Znajduje zastosowanie w przemyśle lotniczym, medycznym, motocyklowym – wymieńcie sobie dowolną branżę. W Chinach standardem od dawna obowiązującym dla walcowanych form tego stopu jest GB/T 2965. Jednak wraz z rozwojem technik addytywnych oraz z coraz większym zastosowaniem procesów opartych na proszkach – takich jak spiekanie warstwowe (powder bed fusion) czy wtryskiwanie metalu (metal injection molding) – zadaje się pytanie, jak ten standard koresponduje ze światowymi specyfikacjami stosowanymi dla proszków przeznaczonych do druku 3D.

Zajmijmy się tym bliżej. Co zawiera standard GB/T 2965? Jak porównuje się on ze standardami międzynarodowymi, takimi jak ASTM F2924 lub ISO 5832-3? A jeśli zakupujecie proszek tytanowy TC4 do druku 3D, co powinniście wiedzieć?

Co rzeczywiście określa standard GB/T 2965

GB/T 2965 to chiński standard krajowy dotyczący prętów i drutów tytanowych oraz stopów tytanu. Istnieje od dawna i jest dobrze ugruntowany w branżach wykorzystujących tradycyjne metody produkcji. Jeśli wykonujesz kucie, frezowanie lub inne obróbki materiału TC4 z tytanu w postaci stałej, to właśnie ten standard należy przyjąć za podstawę.

Określa on m.in. skład chemiczny, właściwości mechaniczne oraz metody badań materiału w jego końcowej postaci. Wskazuje, jaka powinna być zawartość glinu w stopie, jaka – wanadu, a także jakie są dopuszczalne granice zawartości takich pierwiastków jak żelazo, tlen i azot. Podaje również minimalne wartości wytrzymałości na rozciąganie, wytrzymałości plastycznej oraz wydłużenia.

Problem polega na tym, że GB/T 2965 został opracowany z myślą o wyrobach walcowanych: prętach, drutach, prętach okrągłych – czyli produktach przeznaczonych do obróbki skrawaniem lub kucia. Nie dotyczy on bezpośrednio proszków. A proszki to zupełnie inna kwestia.

Dlaczego proszki wymagają własnego zestawu zasad

Gdy przechodzisz od stałego metalu do proszku, wiele rzeczy się zmienia. Materiał musi przepływać. Musi się równomiernie zagęszczać. Musi stopić się i zakrzepnąć w sposób znacznie różniący się od tego, co ma miejsce w kuźni lub na walcowni. Ponadto właściwości końcowej części zależą nie tylko od składu chemicznego, ale także od cech proszku oraz samego procesu drukowania.

Dlatego też powstały standardy takie jak ASTM F2924. Są one opracowane specjalnie dla technik addytywnych. Obejmują nie tylko skład chemiczny, ale także takie aspekty jak rozkład wielkości cząstek, morfologia proszku oraz właściwości mechaniczne wydrukowanych próbek kontrolnych.

W przypadku tytanu TC4 stosowanego w topieniu warstwowym proszku wymagania dotyczące składu chemicznego określone w normie ASTM F2924 są podobne do tych zawartych w normie GB/T 2965, lecz nie są identyczne. Istnieją różnice w dopuszczalnych granicach zawartości niektórych pierwiastków. Ponadto norma dotycząca technik addytywnych zawiera dodatkowe wymagania, których w normie dotyczącej materiałów walcowanych po prostu nie ma.

Porównanie składu chemicznego

Zajmijmy się nieco liczbami. Oba standardy wymagają zawartości około 6 procent aluminium i 4 procent wanadu. To właśnie podstawa tego stopu. Jednak diabeł tkwi w szczegółach.

Tlen jest dobrym przykładem. W normie GB/T 2965 dopuszczalna zawartość tlenu zależy od konkretnej klasy i zastosowania. Dla wielu klas granica ta wynosi około 0,2 procenta. W normie ASTM F2924 granica ta również zwykle wynosi 0,2 procenta, ale istnieją pewne niuansy. Zbyt duża zawartość tlenu sprawia, że stop staje się kruchy, szczególnie w wydrukowanych elementach, gdzie mikrostruktura różni się od mikrostruktury materiałów walcowanych.

Żelazo to kolejny przykład. Granice jego zawartości są ogólnie niskie w obu standardach, ale nie zawsze dokładnie się pokrywają. Jeśli przywykli Państwo do jednego standardu i zaczynają pracować z materiałem certyfikowanym zgodnie z drugim standardem, należy sprawdzić odpowiednie wartości.

Te różnice mogą wydawać się niewielkie, ale mają znaczenie. Jeśli produkujesz części do przemysłu lotniczo-kosmicznego, musisz spełniać specyfikację wymaganą przez swojego klienta lub organ regulacyjny. Nie można po prostu zakładać, że materiał zgodny z normą GB/T 2965 automatycznie spełnia wymagania normy ASTM F2924. Należy to zweryfikować.

Wymagania dotyczące właściwości mechanicznych

Innym obszarem, w którym normy różnią się od siebie, są właściwości mechaniczne. Norma GB/T 2965 określa właściwości materiału walcowanego, takie jak wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności i wydłużenie. Jednak te wartości pochodzą z badań prętów lub drutów, a nie z wydrukowanych części.

W produkcji przyrostowej właściwości zależą od parametrów drukowania, obróbki cieplnej oraz orientacji części. Próbka wydrukowana pionowo może mieć inną wytrzymałość niż próbka wydrukowana poziomo. Norma musi uwzględniać tę różnicę.

Norma ASTM F2924 określa wymagania dotyczące próbek wydrukowanych i badanych w określonych warunkach. Uznaje ona, że właściwości wydrukowanego tytanu TC4 mogą różnić się od właściwości tytanu walcowanego, i ustala odpowiednie cele.

Jeśli jesteś producentem, oznacza to, że nie możesz po prostu zakupić proszku zgodnego ze standardem GB/T 2965 i zakładać, że wydrukowane elementy spełnią wymagania normy ASTM F2924. Musisz zakwalifikować swoją metodę wytwarzania. Musisz przetestować rzeczywiste wydrukowane próbki.

Co to oznacza dla dostawców proszków

Dla firm produkujących proszek tytanowy TC4 orientacja się w tych standardach stanowi część codziennej pracy. Muszą one znać potrzeby swoich klientów. Jeśli klient produkuje implanty medyczne przeznaczone na rynek chiński, może on potrzebować proszku zgodnego ze standardami GB/T. Jeśli natomiast eksportuje części do Europy lub Ameryki Północnej, może być konieczne spełnienie wymagań norm ASTM lub ISO.

Najlepsi dostawcy proszków projektują swoje procesy tak, aby spełniały najbardziej rygorystyczne wymagania określone w wielu różnych standardach. Ścisłe kontrolują skład chemiczny materiału. Regularnie przeprowadzają badania. Dokumentują wszystkie czynności. Dzięki temu mogą obsługiwać międzynarodową bazę klientów bez jakichkolwiek przeszkód.

Kyhe jest jednym z takich dostawców. Ich skupienie się na jakości i spójności oznacza, że niezależnie od tego, czy potrzebujesz proszku do technologii MIM, do druku 3D czy do tradycyjnej produkcji, otrzymujesz materiał, na który można polegać.

Rola materiałów wtórnych w spełnianiu norm

Oto kolejny aspekt tej kwestii. Zrównoważony rozwój staje się coraz ważniejszy wszędzie. Używanie odtworzonego proszku tytanowego TC4 jest korzystne zarówno dla planety, jak i dla wyników finansowych. Jednak materiały wtórne muszą spełniać te same normy co surowce pierwotne.

Oznacza to ścisłą kontrolę składu chemicznego. Podczas procesu odtwarzania zawartość tlenu może wzrosnąć. Inne zanieczyszczenia mogą również przedostać się do materiału. Dlatego, jeśli stosujesz proszek odtworzony, musisz go poddać badaniom. Musisz udowodnić, że spełnia on określone wymagania.

Firmy posiadające solidne systemy zapewnienia jakości oraz certyfikaty, takie jak GRS, mają w tym zakresie przewagę. Wiedzą, jak prawidłowo obsługiwać materiały wtórne, nie dopuszczając do pogorszenia jakości. Mogą oferować zrównoważone rozwiązania, które nadal spełniają najbardziej rygorystyczne normy.

Jak producenci mogą pokonać tę lukę

Jeśli jesteś producentem próbującym poruszać się w tej dziedzinie, co powinieneś zrobić? Po pierwsze, poznaj swój rynek. Jakie standardy wymagają Twoi klienci? Jakie przepisy mają zastosowanie do Twoich produktów?

Po drugie, nawiąż kontakt z dostawcą proszku. Powiedz mu, czego potrzebujesz. Zapytaj go, jak jego materiał odpowiada różnym standardom. Dobry dostawca będzie miał te informacje gotowe.

Po trzecie, przetestuj swoje elementy. Nie zakładaj niczego. Wydrukuj próbki, przetestuj je i sprawdź, czy spełniają one wymagania. To jedyny sposób na uzyskanie pewności.

Po czwarte, rozważ cały proces. Proszek to tylko początek. Ustawienia maszyny, obróbka końcowa, obróbka cieplna – wszystko to wpływa na ostateczne właściwości. Musisz kontrolować cały łańcuch.

Przyszłość standardów w technologiach przyrostowych

Normy nie są stałe. Ewoluują wraz z rozwojem technologii. W miarę jak rozwija się produkcja przyrostowa, obserwujemy większą harmonizację norm w różnych regionach świata. Trwają działania mające na celu dopasowanie chińskich norm do norm międzynarodowych. Ułatwi to pracę wszystkim zainteresowanym.

Jednak na razie obowiązuje zestaw rozproszonych norm. Jeśli pracujesz z tytanem TC4, musisz wiedzieć, które elementy tego zestawu dotyczą Twojego przypadku.

Dobrą wiadomością jest to, że sam materiał jest dobrze poznany. Tytan TC4 stosowany jest od dziesięcioleci. Znane są jego właściwości w różnych warunkach. Niezależnie od tego, czy pracujesz zgodnie z normą GB/T 2965, ASTM F2924 czy inną, podstawy pozostają takie same. Jest to niezawodny i sprawdzony stop.

Scalenie wszystkiego

Ostatecznie normy są narzędziem. Pomagają zapewnić jakość oraz stanowią wspólny punkt odniesienia dla wszystkich. Jednak nie opisują one całej rzeczywistości. Istotny jest materiał, istotna jest metoda produkcji oraz ludzie produkujący części.

Jeśli korzystasz z proszku tytanowego TC4, poświęć czas na zapoznanie się ze standardami obowiązującymi w Twojej pracy. Porozmawiaj ze swoimi dostawcami. Przetestuj swoje elementy. I kontynuuj naukę w miarę rozwoju tej dziedziny.

Świat wydruku 3D rozwija się bardzo szybko. Standardy będą nadążać za tym tempem. Dzięki odpowiedniemu podejściu możesz skutecznie radzić sobie z różnicami i produkować doskonałe elementy, niezależnie od tego, który standard stosujesz.