温間プレスとリチウム系ステアリン酸塩潤滑剤の組み合わせは、チタン粒子の変形抵抗とダイ壁摩擦の両方を相乗的に低減します。約150°Cで運転することにより、このプロセスは最大2000 MPaという極端な圧縮圧力を可能にし、例外的に高いグリーン密度を持つチタン部品をもたらします。
この方法の主な利点は、金属粉末の自然な抵抗を克服することにより、粉末加工部品と完全なチタン材料との性能ギャップを狭めることができることです。
温間プレスのメカニズム
粒子の熱的軟化
チタン粉末冶金において高密度化を妨げる主な要因は、材料固有の変形抵抗です。
粉末を約150°Cに加熱すると、粒子が軟化します。これにより、降伏強度が大幅に低下し、圧力下でより密に変形・充填できるようになります。
リチウム系潤滑剤の役割
標準的な潤滑剤は、高密度チタンに必要な熱および圧力条件下では、しばしば故障または劣化します。
リチウム系ステアリン酸塩潤滑剤は、この温間プレス環境で特に効果的です。150°Cで潤滑性を維持し、粉末塊とダイ壁との間で発生する摩擦を劇的に最小限に抑えます。
高圧能力の達成
2000 MPa圧力の解放
標準的な冷間プレスでは、高摩擦と粒子抵抗により、ダイの損傷や収益逓減が発生する前に適用できる有効圧力が制限されます。
温間プレス/リチウム系ステアリン酸塩の組み合わせはこれらの抵抗要因を低減するため、装置は最大2000 MPaの圧力で安全に運転できます。これは、従来の冷間圧縮ではめったに達成できない圧力の大きさです。
性能ギャップの橋渡し
チタン粉末を使用する最終的な目標は、鍛造（完全密度）チタンの特性を模倣することです。
この方法により高いグリーン密度を達成することで、最終的に焼結された部品は、完全密度の材料に非常に近い機械的特性を示します。これにより、製造された部品の品質階層が効果的に引き上げられます。
運用上の考慮事項とトレードオフ
機器能力の要件
結果は優れていますが、それを達成するには特殊な機械が必要です。
このプロセスの利点を実現するには、プレス装置が2000 MPaを維持できる必要があります。低圧圧縮用に指定された標準プレスでは、温間プロセスによって提供される変形抵抗の低減を活用できません。
温度精度
この方法の成功は、熱安定性に依存します。
プロセスは約150°Cで特に最適化されています。この温度から大きく外れると、リチウム系ステアリン酸塩潤滑剤の挙動が変化したり、チタン粉末の変形抵抗が十分に低下しなかったりする可能性があります。
目標に合わせた適切な選択
このプロセスはすべての用途向けではありません。特に高性能要件向けです。
- 主な焦点が最大密度である場合：この温間プレスサイクルを実装して2000 MPaの圧力を使用し、粒子充填とグリーン強度を最大化します。
- 主な焦点が材料性能である場合：この方法を使用して、完全密度の鍛造チタンの機械的特性と競合する必要のある部品を製造します。
温度と潤滑剤の化学組成を厳密に制御することにより、チタン粉末圧縮を正味形状プロセスから高性能製造ソリューションに変革します。
概要表：
| パラメータ | 標準冷間プレス | 温間プレス + リチウムステアリン酸塩 |
|---|---|---|
| 運転温度 | 常温 | 約150°C |
| 最大圧縮圧力 | 制限あり（低密度） | 最大2000 MPa |
| 潤滑剤の種類 | 標準亜鉛/アミドステアリン酸塩 | リチウム系ステアリン酸塩 |
| 粒子挙動 | 高い降伏強度 | 熱的軟化 / 抵抗低減 |
| 結果として得られる密度 | 従来のグリーン密度 | 例外的に高い（ほぼ完全）密度 |
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参考文献
- I.M. Robertson, G. B. Schaffer. Review of densification of titanium based powder systems in press and sinter processing. DOI: 10.1179/174329009x434293
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Press ナレッジベース .
