Koks yra streso mažinimo terminio apdorojimo vaidmuo metalo 3D spausdinime?

1. Liekamojo įtempio susidarymo būdas ir pavojai
Fizinis šiluminio streso kaupimosi pobūdis
Metalo 3D spausdinimo proceso metu mažose vietose lazerio arba elektronų pluoštai sukuria labai aukštą temperatūrą (daugiau nei 2000 laipsnių). Taip ištirpsta metalo milteliai ir susidaro išlydyto metalo telkinys. Nutolus lazerio spindulį, išlydytas baseinas greitai atvėsta ir sukietėja, todėl netoliese esančiose vietose keičiasi temperatūra. Šis netolygus terminis plėtimasis ir susitraukimas sukuria sudėtingą įtempių lauką detalės viduje. Spausdinant titano lydinio aviacinius laikiklius, pakabinama konstrukcija neturi jokios atramos, o vietinis įtempis gali priartėti prie 80 % medžiagos takumo ribos, o tai yra daug didesnis nei medžiagos laikomoji riba.
Dažnos problemos, kurias sukelia stresas
Jei likutinė įtampa nebus greitai pašalinta, tai sukels tris pagrindines problemas:
Geometrinis nestabilumas: Kai įtempimas yra per didelis, kad medžiaga susijungtų su pagrindu, dalis sulinks ir pakeis formą. Orlaivio variklio mentės atvejo tyrimas parodė, kad neapdorota mentė po spausdinimo sulinko 3,2 mm, o tai yra daug daugiau nei 0,1 mm tolerancija, reikalinga surinkimui.
Įtrūkimų atsiradimas: tikėtina, kad ten, kur atsiranda įtampa, prasideda įtrūkimai. Spausdinant nikelio -pagrindo -temperatūrinio lydinio turbinų diskus, neapdorotose dalyse įtrūkimų dažnis yra 42 %, tačiau po terminio apdorojimo jis sumažėja iki mažiau nei 2 %.
Veikimo pablogėjimas: liekamasis įtempis gali sutrumpinti medžiagų naudojimo trukmę. Eksperimentai parodė, kad neapdoroti 316 l nerūdijančio plieno komponentai 60 % sumažina ilgo ciklo nuovargio tarnavimo laiką, palyginti su terminio apdorojimo sąlygomis.
2. Techninė įtempių mažinimo terminio apdorojimo teorija ir procesas
Fizinis būdas atsikratyti įtampos
Įtempių mažinimo terminis apdorojimas reiškia, kad dalis kaitinama iki tam tikro temperatūros diapazono (paprastai 0,4–0,6 karto viršija lydymosi temperatūrą), kad medžiaga būtų labai lanksti. Esant tokiai temperatūrai, atomų gebėjimas judėti pagerėja, o smulkūs trūkumai, tokie kaip išnirimai ir skylės, yra pertvarkomi, o tai lėtai atpalaiduoja vidinį įtempimą dėl mažos plastinės deformacijos. Pavyzdžiui, nikelio -pagrindo lydinio Inconel 718, po 4 valandų izoliacijos 620 laipsnių kampu, jo liekamasis įtempis gali būti sumažintas nuo 380 MPa iki mažiau nei 50 MPa.
Tikslus proceso parametrų valdymas
Pagrindiniai dalykai, turintys įtakos įtempių mažinimo terminiam apdorojimui, yra šildymo greitis, izoliacijos temperatūra, izoliacijos laikas ir aušinimo būdas:
Kaitinimo greitis: neturėtumėte įkaisti per greitai, nes tai gali sukelti papildomą stresą. Aliuminio lydinio dalių šildymo greitis turi būti mažesnis arba lygus 10 laipsnių per minutę.
Izoliacijos temperatūra: paprastai suprojektuota taip, kad būtų žemesnė nei temperatūra, kurioje susidaro kristalai. Įprastas temperatūros diapazonas termiškai apdorojant titano lydinį Ti6Al4V yra nuo 593 iki 649 laipsnių Celsijaus. Tai geriausias būdas sumažinti įtampą ir pagerinti grūdų struktūrą.
Kaip vėsinti: naudokite krosnies aušinimą arba kontroliuojamo greičio aušinimą, kad išvengtumėte papildomo streso, atsirandančio dėl per greito aušinimo. Medicininio implanto pavyzdys rodo, kad scenos aušinimo technika (600 laipsnių → 400 laipsnių → kambario temperatūra) gali reguliuoti komponentų deformaciją per 0,05 mm.
Vakuuminės aplinkos pranašumai
Vakuuminis terminis apdorojimas tapo geriausiu pasirinkimu aukštos kokybės{0}}gamyboje, nes pašalinama oksidacijos ir užteršimo rizika. „TAV Vacuum Furnace Company“ bandymai atskleidė, kad 316 l nerūdijančio plieno komponentai, kurie yra termiškai -apdorojami vakuume, turi 40 % lygesnį paviršių ir 25 % didesnį atsparumą korozijai, nei dalių, kurios termiškai -apdorojamos ore. Be to, vakuuminė atmosfera gali sustabdyti tokias problemas kaip vandenilio trapumas, todėl ji puikiai tinka orlaivių pramonei, kur medžiagų grynumas yra labai svarbus.
3. Streso mažinimo terminio apdorojimo naudingumas realiame pasaulyje ir versle
Aviacijos ir kosmoso pramonės našumo garantija
Įtempių mažinimo terminis apdorojimas yra svarbus žingsnis gaminant aviacinių variklių mentes, nes tai užtikrina dalių patikimumą. „GE Aviation“ patobulino terminio apdorojimo techniką, kad 75 % sumažintų liekamąjį įtempį monokristalinio nikelio -lydinio peiliukuose ir jie tarnautų tris kartus ilgiau. Mažo ciklo turbinos disko nuovargis tam tikro tipo turboventiliatoriaus variklyje po terminio apdorojimo padidėjo nuo 500 ciklų iki 2000 ciklų. Tai atitinka ilgalaikio-dizaino poreikius.
Medicininių implantų biologinio suderinamumo gerinimas
Iš titano lydinio pagaminti ortopediniai implantai turi būti ir labai tvirti, ir labai lankstūs. Apdorojimas nuo streso gali sumažinti implantų elastingumo modulį ir atsikratyti apdirbimo streso, o tai gali padėti sumažinti „apsauginį nuo streso efektą“. Eksperimentiniai įrodymai rodo, kad Ti6Al4V implantų modulis po terminio apdorojimo sumažėja nuo 110 GPa iki 85 GPa, glaudžiau susiliedamas su žmogaus kauliniu audiniu (10–30 GPa) ir iš esmės sustiprindamas kaulų integraciją.
Formų gamyba su tiksliu valdymu
Kai spausdinamas 3D formos plienas, įtempių mažinimo terminis apdorojimas gali sustabdyti šiluminę deformaciją spausdinimo proceso metu ir įsitikinti, kad formos ertmė yra tinkamo dydžio. Tam tikras automobilių formos korpusas rodo, kad po terminio apdorojimo formos ertmės matmenų tolerancija svyruoja nuo ± 0,1 mm iki ± 0,02 mm, o tai yra reikalinga preciziniam liejimui. Tuo pačiu metu terminis apdorojimas gali padaryti pelėsį atsparesnį nusidėvėjimui, todėl jo tarnavimo laikas gali padvigubėti arba patrigubėti.