Kaip terminio apdorojimo parametrai įtakoja galutinės dalies veikimą?

1. Temperatūros parametras: mikrostruktūros rekonstrukcija, kurią lemia fazinis perėjimas
Kieto tirpalo temperatūros ir fazės sudėties kontrolė
Tirpalo apdorojimo temperatūra turi tiesioginės įtakos legiravimo elementų ištirpimui metalinėje matricoje. 3D spausdinto 17-4PH nerūdijančio plieno stiprinamoji šerdis yra vario dalelės, kurios iškrenta iš martensitinės matricos. Kai kieto tirpalo temperatūra palaikoma tarp 1040 ir 1080 laipsnių, vario elementas visiškai ištirpsta austenito matricoje, sudarydamas persotintą kietą tirpalą. Jei temperatūra yra žemesnė nei 1000 laipsnių, likusios vario dalelės nepakankamai sustiprins medžiagą. Jei temperatūra pakyla virš 1100 laipsnių, medžiaga taps mažiau tvirta, nes grūdeliai padidės. Remiantis Kinijos mokslų akademijos Metalų instituto atliktais tyrimais, HIP apdorojimas 950 laipsnių kampu gali padėti martensitui paversti + dvifaze struktūra Ti6Al4V lydinyje. Tai padidina pailgėjimą iki 13,15%, išlaikant takumo ribą 909,5 MPa.
Senėjimo temperatūros ir kritulių elgesio gerinimas
Laiko apdorojimas daro viską stipresnį valdydamas antrosios fazės dalelių dydį ir plitimą. Šanchajaus technologijos universiteto komanda 1 valandą brandino SLM pagamintą CuCrZr lydinį 500 laipsnių temperatūroje. Dėl to jo tempiamasis stipris padidėjo nuo 460 MPa iki 585 MPa, o laidumas – nuo ​​31 % IACS iki 64 % IACS. Stiprinimo mechanizmas pagrįstas tuo, kad senėjimo proceso metu iš vario matricos išeina Cr atomai. Taip sukuriamos nanoskalės CrxZry dalelės, kurios sustabdo dislokacijos migraciją per Orowan stiprinimo mechanizmą. Kai senėjimo temperatūra pakyla iki 550 laipsnių, nusodinamos fazės yra stambesnės, todėl medžiaga tampa silpnesnė. Tačiau medžiaga tampa lankstesnė, o plastiškumas padidėja 20 % dėl sumažėjusio atsparumo dislokacijos slydimui.
2. Laiko parametras: klaidų taisymo ir našumo pusiausvyra
Laikas laikyti ir porų uždarymo efektyvumas
Laikymo trukmė turi tiesioginės įtakos tam, kaip gerai sutvarkomos poros po gydymo HIP. Ti6Al4V lydinio HIP proceso tyrimai rodo, kad esant 920 laipsnių /140 MPa, 2 valandų apdorojimas gali sumažinti poringumą nuo 0,8% iki 0,02% ir pasiekti 99,99% tankį; Jei laikymo laikas pailginamas iki 4 valandų, poringumas dar sumažėja iki 0,005%, tačiau grūdelių dydis padidėja nuo 10 μm iki 15 μm, todėl takumo riba sumažėja 8%. Tai reiškia, kad nors laikymo laikas gali padaryti daiktus tankesnius, jis taip pat gali paskatinti keistą grūdų augimą. Taigi, reikia rasti pusiausvyrą tarp defektų šalinimo ir našumo išlaikymo.
Fazių kaitos ir izoliacijos laiko kinetika
Kieto tirpalo apdorojimo izoliacijos laikas turėtų užtikrinti, kad visi lydinio elementai būtų visiškai ištirpę. 3D -spausdinto IN718 aukštos- temperatūros lydinio, laikant jį 1080 laipsnių temperatūroje 1 valandą, Nb elementas matricoje gali visiškai ištirpti. Jei izoliacijos laikotarpis sutrumpinamas iki 30 minučių, '' stiprinimo fazė negali visiškai nusodinti, todėl valkšnumo aukštoje-temperatūroje efektyvumas sumažėja 40 %. Laikas, per kurį medžiaga izoliuojama senėjimo apdorojimo metu, turi įtakos susidarančių fazių dydžiui. Pavyzdžiui, po 8 valandų brandinimo 720 laipsnių temperatūroje 718 lydinio '' fazė yra 50 nm dydžio, o tai yra geriausia stiprinti. Po 16 valandų senėjimo, nusodinta fazė išaugo iki 100 nm, todėl stiprumas sumažėjo 15%.
3. Aušinimo greitis: organizacijos tobulinimas ir liekamojo įtempio valdymas
Gedėjimo greitis ir martensito gamyba
Metalo aušinimo greitis gesinimo metu įtakoja, kokius fazinio virsmo produktus jis turės. Naudojant 3D spausdintą H13 įrankių plieną, alyvos gesinimo aušinimo greitis 50 laipsnių per sekundę gali sudaryti plokščius makaronus, kurių kietumas yra 52 HRC. Atvėsinus oru (5 laipsniai/s), susidarys bainitinė struktūra ir kietumas nukris iki 40HRC. Nors greitas gesinimas gali apsunkinti darbą, jis taip pat gali įtrūkti. Norint rasti tinkamą pusiausvyrą tarp kietumo ir liekamojo įtempio, reikalingas laipsniškas gesinimas (pavyzdžiui, pirmiausia atvėsinama iki 600 laipsnių, o po to aušinama alyva).
Lėtas aušinimo greitis ir streso mažinimas
Lėtas aušinimo greitis atkaitinimo metu turi įtakos likutinio įtempio pašalinimui. AlSi10Mg aliuminio lydinį, skirtą 3D spausdinimui, atvėsinti nuo 300 laipsnių iki kambario temperatūros prireikė 2 valandų 5 laipsnių per minutę greičiu. Tai sumažino liekamąjį įtampą 70%. Jei aušinimo greitis padidinamas iki 20 laipsnių / min, liekamasis įtempis sumažės tik 30%. Lėtas aušinimas prisideda prie dislokacijos persitvarkymo ir grūdų ribų migracijos, o tai sumažina stresą. Tačiau dėl per lėto aušinimo grūdai gali tapti stambesni, todėl reikalingi tinkami medžiagų optimizavimo nustatymai.
4. Kelių-parametrų bendras optimizavimas: nuo „bandymų ir klaidų“ iki „tikslaus valdymo“
Skaitmeninė dvynių technologija skatina parametrų numatymą
„Siemens“ ir „Boeing“ kartu sukūrė skaitmeninę dvigubą platformą, kuri gali parodyti, kaip 3D spausdinto Ti6Al4V lydinio temperatūros laukas, įtempių laukas ir mikrostruktūra keičiasi gydant HIP. Sistema gali nustatyti geriausią HIP metodą (pvz., 920 laipsnių /140 MPa/2h), atsižvelgdama į tokius dalykus kaip pradinis poringumas ir grūdelių dydis. Dėl to dalys gali trukti tris kartus ilgiau, o bandymų skaičius sumažės per pusę.
Parametrų inversija mašininio mokymosi pagalba
„GE Aviation“ naudoja mašininio mokymosi metodus, kad peržiūrėtų 100 000 terminio apdorojimo duomenų rinkinių ir sukurtų „temperatūrinio aušinimo greičio veikimo“ atvaizdavimo modelį. Šis modelis gali išsiaiškinti proceso nustatymus, kurie tiks tam tikriems našumo poreikiams. Pavyzdžiui, kai IN718 lydinys turi išlaikyti 1000 valandų valkšnumo trukmę 650 laipsnių temperatūroje, sistema siūlo 1080 laipsnių /1h kieto tirpalo+720laipsnio /8h sendinimo proceso schemą. Išmatuotas šliaužimo laikas yra 1200 valandų.
5. Pramonės atvejo analizė: ėjimas iš laboratorijos į gamyklą
Aviacijos ir kosmoso sritis
Siekdama pagerinti nikelio -pagrindo aukšto-temperatūros lydinio turbinų diskų 3D spausdinimą, „Rolls Royce“ taiko HIP apdorojimą. Dalys, apdorotos HIP, šliaužia 173 valandas esant aukštai 1400 laipsnių temperatūrai, o tai yra daugiau nei 50 valandų, kurių reikėjo esminiams GE9X variklių komponentams.
Medicininių implantų sritis
Po 950 laipsnių 4 valandų HIP gydymo naudojant 3D spausdintą „Johnson&Johnson“ klubo sąnario implantą Ti6Al4V, jo didžiausias nuovargio stiprumas pasiekė 550 MPa (107 ciklai), o tai yra tokia pati kaip ir kaltinio atkaitinimo būsena. Tuo pačiu metu paviršiaus šiurkštumas Ra<0.01 μm satisfied the biocompatibility criteria.