Kā termiskās apstrādes parametri ietekmē galīgās daļas veiktspēju?

1. Temperatūras parametrs: fāzes pārejas vadīta mikrostruktūras rekonstrukcija
Cietā šķīduma temperatūras un fāzes sastāva kontrole
Šķīduma apstrādes temperatūrai ir tieša ietekme uz to, cik labi leģējošie elementi izšķīst metāla matricā. 3D drukātā 17-4PH nerūsējošā tērauda stiprinošais kodols ir vara daļiņas, kas izkrīt no martensīta matricas. Kad cietā šķīduma temperatūra tiek uzturēta no 1040 līdz 1080 grādiem, vara elements pilnībā izšķīst austenīta matricā, veidojot pārsātinātu cieto šķīdumu. Ja temperatūra ir zemāka par 1000 grādiem, atlikušās vara daļiņas nenostiprinās materiālu pietiekami. Ja temperatūra paaugstinās virs 1100 grādiem, materiāls kļūs mazāk izturīgs, jo graudi kļūs lielāki. Saskaņā ar Ķīnas Zinātņu akadēmijas Metālu institūta pētījumiem, HIP apstrāde 950 grādu leņķī var palīdzēt martensītam pārveidoties par + divfāžu struktūru Ti6Al4V sakausējumā. Tas palielina pagarinājumu līdz 13,15%, vienlaikus saglabājot tecēšanas robežu 909,5 MPa.
Novecošanās temperatūras un nokrišņu uzvedības uzlabošana
Laika apstrāde padara lietas spēcīgākas, pārvaldot otrās fāzes daļiņu izmēru un izplatību. Šanhajas Tehnoloģiju universitātes komanda 1 stundu izturēja SLM izgatavoto CuCrZr sakausējumu 500 grādu temperatūrā. Tas palielināja tā stiepes izturību no 460 MPa līdz 585 MPa un tā vadītspēju no 31% IACS līdz 64% IACS. Stiprināšanas mehānisms ir balstīts uz faktu, ka Cr atomi no vara matricas iziet novecošanās procesā. Tas rada nanomēroga CrxZry daļiņas, kas aptur dislokācijas migrāciju, izmantojot Orowan stiprināšanas mehānismu. Novecošanas temperatūrai paaugstinoties līdz 550 grādiem, izgulsnētās fāzes kļūst rupjākas, kas padara materiālu vājāku. Tomēr materiāls kļūst elastīgāks, jo elastība palielinās par 20%, jo samazinās dislokācijas slīdēšanas pretestība.
2. Laika parametrs: līdzsvars starp kļūdu novēršanu un veiktspēju
Laiks turēt un poru slēgšanas efektivitāte
Turēšanas ilgumam ir tieša ietekme uz to, cik labi poras tiek salabotas pēc HIP apstrādes. Pētījumi par Ti6Al4V sakausējuma HIP procesu liecina, ka pie 920 grādiem /140 MPa 2 stundu ilga apstrāde var samazināt porainību no 0,8% līdz 0,02% un sasniegt 99,99% blīvumu; Ja turēšanas laiku pagarina līdz 4 stundām, porainība vēl vairāk samazinās līdz 0,005%, bet graudu izmērs palielinās no 10 μm līdz 15 μm, kā rezultātā tecēšanas robeža samazinās par 8%. Tas nozīmē, ka, lai gan turēšanas laiks var padarīt lietas blīvākas, tas var arī izraisīt dīvainu graudu augšanu. Tāpēc ir jāatrod līdzsvars starp defektu novēršanu un veiktspējas saglabāšanu.
Fāzes maiņas un izolācijas laika kinētika
Cietā šķīduma apstrādes izolācijas laikam ir jāpārliecinās, ka visi sakausējuma elementi ir pilnībā izšķīduši. 3D-drukātam IN718 augstas temperatūras- sakausējumam, turot to 1080 grādu temperatūrā 1 stundu, Nb elements matricā var pilnībā izšķīdināt. Ja izolācijas periods tiek samazināts līdz 30 minūtēm, '' stiprināšanas fāze nevar pilnībā izgulsnēties, kā rezultātā augstas-temperatūras šļūdes veiktspēja samazinās par 40%. Materiāla izolācijas ilgums novecošanas apstrādes laikā ietekmē veidojošo fāžu lielumu. Piemēram, pēc 8 stundu novecošanas 720 grādu temperatūrā 718 sakausējuma '' fāze ir 50 nm liela, kas ir vislabākā stiprināšanai. Pēc 16 stundu novecošanas nogulsnētā fāze pieauga līdz 100 nm, kas lika stiprumam samazināties par 15%.
3. Dzesēšanas ātrums: organizācijas pilnveidošana un atlikušā sprieguma kontrole
Rūdīšanas ātrums un martensīta veidošanās
Ātrums, ar kādu metāls atdziest dzēšanas laikā, ietekmē tā fāzes pārejas produktus. 3D drukātam H13 instrumentu tēraudam eļļas dzesēšanas ātrums 50 grādi/s var radīt plakanās nūdeles martensītu ar cietību 52HRC. Atdzesējot ar gaisu (5 grādi/s), veidosies bainīta struktūra un cietība pazemināsies līdz 40HRC. Lai gan ātra dzēšana var padarīt lietas grūtākas, tās var izraisīt arī plaisāšanu. Lai atrastu pareizo līdzsvaru starp cietību un atlikušo spriegumu, ir nepieciešama pakāpeniska rūdīšana (piemēram, vispirms atdzesē līdz 600 grādiem un pēc tam eļļas dzesēšana).
Lēns dzesēšanas ātrums un stresa mazināšana
Lēnais dzesēšanas ātrums atkausēšanas apstrādes laikā ietekmē atlikušā sprieguma atbrīvošanu. Bija nepieciešamas 2 stundas, lai AlSi10Mg alumīnija sakausējumu atdzesētu 3D drukāšanai no 300 grādiem līdz istabas temperatūrai ar ātrumu 5 grādi/min. Tas samazināja atlikušo spriegumu par 70%. Ja dzesēšanas ātrums tiek palielināts līdz 20 grādiem / min, atlikušais spriegums samazināsies tikai par 30%. Lēna dzesēšana palīdz dislokācijas pārkārtošanai un graudu robežu migrācijai, kas mazina stresu. Tomēr, ja dzesēšanas ātrums ir pārāk lēns, graudi var kļūt rupjāki, tāpēc ir nepieciešami atbilstoši materiāla optimizācijas iestatījumi.
4. Vairāku-parametru sadarbības optimizācija: no "izmēģinājumu un kļūdu" līdz "precīzai kontrolei"
Digitālā dvīņu tehnoloģija virza parametru prognozēšanu
Siemens un Boeing sadarbojās, lai izveidotu digitālu dvīņu platformu, kas var parādīt, kā 3D drukātā Ti6Al4V sakausējuma temperatūras lauks, sprieguma lauks un mikrostruktūra mainās HIP apstrādes laikā. Sistēma var izdomāt labāko HIP metodi (piemēram, 920 grādi /140MPa/2h), ņemot vērā tādas lietas kā sākuma porainība un graudu izmērs. Tādējādi daļas var kalpot trīs reizes ilgāk un pārbaužu skaits samazināsies uz pusi.
Parametru inversija ar mašīnmācības palīdzību
GE Aviation izmanto mašīnmācīšanās metodes, lai apskatītu 100 000 termiskās apstrādes datu kopas un izveidotu "temperatūras laika dzesēšanas ātruma veiktspējas" kartēšanas modeli. Šis modelis var izdomāt procesa iestatījumus, kas darbosies noteiktām veiktspējas vajadzībām. Piemēram, kad IN718 sakausējumam ir jāsaglabā 1000 stundu šļūdes kalpošanas laiks 650 grādu temperatūrā, sistēma piedāvā procesa shēmu 1080 grādi /1h ciets šķīdums+720 grāds /8 h. Izmērītais šļūdes mūžs ir 1200 stundas.
5. Nozares gadījuma izpēte: pāreja no laboratorijas uz rūpnīcu
Aviācijas joma
Lai uzlabotu 3D drukāšanu uz niķeļa{1}}augstas temperatūras{2}}leģēta turbīnu diskiem, Rolls Royce izmanto HIP apstrādi. Ar HIP apstrādātām detaļām ir 173 stundu šļūdes kalpošanas laiks augstā 1400 grādu temperatūrā, kas ir vairāk nekā 50 stundas, kas bija nepieciešamas GE9X dzinēju būtiskām sastāvdaļām.
Medicīnisko implantu joma
Pēc 950 grādu 4 stundu ilgas HIP apstrādes ar Johnson&Johnson 3D drukāto Ti6Al4V gūžas locītavas implantu tā maksimālā noguruma izturība sasniedza 550 MPa (107 cikli), kas ir tāds pats kā kaltā atkvēlinātā stāvoklī. Vienlaikus virsmas raupjums Ra<0.01 μm satisfied the biocompatibility criteria.