Ar labai skiriasi metalinių 3D spausdintų dalių veikimas prieš ir po terminio apdorojimo?

1. Mikrostruktūra: kokybės pokytis nuo trūkumų iki tankio
Metalo 3D spausdinimo procesas apima greitą medžiagos kaitinimą ir aušinimą, todėl objektų viduje atsiranda daug mažų defektų. Pavyzdžiui, taikant lazerinio miltelių sluoksnio lydymo (LPBF) metodą, lydalo baseinas greitai atšąla, todėl susidaro stambūs stulpiniai kristalai su didelio -tankio išnirimais ir mikroporomis grūdelių ribose. Šie trūkumai ne tik sumažina medžiagos tankį (paprastai 98–99,5 %), bet ir sukelia įtrūkimų susidarymą, dėl ko detalės tampa silpnesnės dėl savo mechaninių savybių.
Terminis apdorojimas pagerina mikrostruktūrą:
Tankinimas: karšto izostatinio presavimo (HIP) apdorojimas veikia esant aukštai temperatūrai (paprastai 0,7{3}}0,9 karto didesnė už medžiagos lydymosi temperatūrą) ir aukštu slėgiu (100–200 MPa), kad uždarytų detalės vidines poras ir mikroįtrūkimus. Pavyzdžiui, po HIP apdorojimo aukštos temperatūros lydinio dalių tankis tam tikram aviaciniam varikliui sumažėjo nuo 99,2% iki 99,99%, o dalys galėjo tarnauti penkis kartus ilgiau, kol sugenda.
Grūdų rafinavimas: perkristalizavimo procesas atkaitinimo metu gali sumažinti grūdelių dydį. Pavyzdžiui, atkaitinus aliuminio lydinio spausdintas dalis 350 laipsnių kampu 2 valandas, grūdelių dydis sumažėja nuo 100 μm iki 20 μm, o takumo riba padidėja 15%.
Fazių kaitos valdymas: grūdindami ir grūdindami plieną, galite sukurti dviejų{0}}fazių struktūrą, kurią sudaro martensitas ir liekamasis austenitas. Pavyzdžiui, po grūdinimo 1050 laipsnių ir grūdinimo 200 laipsnių, forminio plieno spausdintų dalių kietumas pasiekia 58 HRC ir yra tris kartus atsparesnis nusidėvėjimui nei neapdorotos dalys.
2, Mechaninės savybės: nuo trapios iki stiprios
Terminis apdorojimas yra labai svarbus norint pagerinti metalinių 3D spausdintų gaminių mechanines savybes. Pavyzdžiui, žiūrint į aukštos-temperatūros lydinį GH4169, atspausdintų dalių tempiamasis stipris ir takumo riba yra šiek tiek mažesni nei kaltinių dalių, tačiau pailgėjimas trūkimo metu ir skerspjūvio susitraukimas yra daug blogesnis. Po įprasto terminio apdorojimo (įtempimo atkaitinimo ir homogenizacinio atkaitinimo) jo tempimo savybės kambario temperatūroje ir aukštoje temperatūroje atitinka arba viršija kalimo normas. Jo ilgaamžiškumas aukštoje-temperatūroje taip pat pranašesnis nei kaltinių dalių.
Veikimo skirtumai parodyti:
Stiprumo didinimas: gesinimo procedūra sukuria martensitinę struktūrą, greitai atvėsdama, todėl ji tampa daug sunkesnė. Pavyzdžiui, po grūdinimo atspausdintų dalių, pagamintų iš nikelio{1}}pagrindo aukštos temperatūros lydinio, atsparumas tempimui padidėja nuo 460 MPa iki 585 MPa.
Geresnis tvirtumas: grūdinimas gali atsikratyti streso ir padaryti viską sunkesnį. Pavyzdžiui, po grūdinimo ir grūdinimo 550 laipsnių kampu, atspausdintos automobilio transmisijos veleno dalies atsparumas smūgiams padidėjo nuo 15 J/cm² iki 35 J/cm².
Nuovargio efektyvumo optimizavimas: terminis apdorojimas gali išspręsti problemas medžiagos viduje ir sulėtinti nuovargio įtrūkimų plitimą. Po terminio apdorojimo GH4169 spausdintų dalių nuovargis 650 laipsnių kampu yra 20% ilgesnis nei kaltinių dalių.
3. Matmenų stabilumas: nuo lenkimo iki tikslaus užtikrinimo
Metalinių 3D spausdintų dalių dydis po spausdinimo gali pasikeisti dėl likutinio įtempio išsiskyrimo arba mikrostruktūros pokyčių. Dėl to gali būti sunkiau juos tinkamai sujungti. Terminis apdorojimas gali labai pagerinti matmenų stabilumą, nes mikrostruktūra tampa stabilesnė ir atsikrato streso.
Mažesnė deformacija: atkaitinimas gali sumažinti dalių šiluminio plėtimosi koeficiento skirtumą ir sumažinti apdirbimo deformaciją. Pavyzdžiui, sudėtingo srauto kanalo šilumokaičio atspausdintos sekcijos skersmens nuokrypis po atkaitinimo padidėjo nuo ± 0,15 mm iki ± 0,05 mm.
Ilgalaikis{0}}stabilumas: senstant galima atsikratyti persotintų kietų medžiagų tirpalų ir laikui bėgant jų dydis per daug nepasikeis. Pavyzdžiui, po 8 valandų brandinimo 170 laipsnių kampu, spausdintų aliuminio lydinio dalių dydžio pasikeitimo greitis sumažėjo nuo 0,3% per metus iki 0,05% per metus.
Sudėtingų struktūrų pritaikymas: terminis apdorojimas gali padėti išvengti sudėtingų struktūrų, pvz., plonasienių ir akytų, įtempių kaupimosi. Po dvigubo atkaitinimo (700 laipsnių × 2h + 500 laipsnis × 4h) titano lydinio ortopedinių implantų nuovargio riba pakilo nuo 450 MPa iki 600 MPa, o to pakanka išlaikyti kūno svorį laikui bėgant.
4. Specialūs našumo reikalavimai: nuo universalaus iki pritaikyto Proveržis: terminis apdorojimas taip pat gali suteikti metaliniams 3D spausdintiems objektams unikalių savybių, todėl jie bus naudingi daugiau situacijų.
Pagerintas atsparumas korozijai: apdorojimas kietu tirpalu gali ištirpinti antrąją medžiagos fazę, todėl sumažėja korozijos tikimybė elektrocheminėmis priemonėmis. Pavyzdžiui, po apdorojimo tirpalu 1050 laipsnių kampu, 316 l nerūdijančio plieno spausdintų komponentų duobėjimo potencialas padidėjo nuo 320 mV iki 450 mV, o tai tinkama naudoti jūrinėmis sąlygomis.
Magnetinių savybių valdymas: terminis apdorojimas gali pakeisti minkštųjų magnetinių medžiagų grūdelių orientaciją ir liekamąjį įtempį, kad pagerintų jų magnetines charakteristikas. Pavyzdžiui, įkaitinus iki 750 laipsnių, tam tikros solenoidinio vožtuvo dalies magnetinis pralaidumas padidėja 20%, o sunaudojamos energijos kiekis sumažėja 15%.
Biologinio suderinamumo gerinimas: medicininius implantus reikia kaitinti, kad atsikratytų paviršiaus teršalų ir susidarytų pasyvioji plėvelė. Pavyzdžiui, titano lydinio ortopedinių implantų paviršiaus šiurkštumas Ra sumažėjo nuo 3,2 μm iki 0,8 μm po plovimo rūgštimi ir atkaitinimo 500 laipsnių temperatūroje, o ląstelių prilipimo prie implantų greitis padidėjo 40%.
5. Atvejo tyrimas: terminis apdorojimas gali pagerinti CuCrZr lydinio charakteristikas taip, kaip nesitikima.
Dėl didelio laidumo ir mechaninių savybių CuCrZr lydinys dažnai naudojamas lėktuvų variklių dalyse. Tačiau sudėtingas konstrukcijas sukurti naudojant tipinius apdorojimo metodus yra sunku ir brangu. CuCrZr lydinys, pagamintas naudojant SLM techniką, yra gana tvirtas (takumo stiprumas 411 MPa), bet nelabai gerai praleidžia elektrą (31 % IACS). Valandą pakaitinus iki 500 laipsnių, jo tempiamasis stipris pakilo iki 585 MPa, o laidumas – iki 64 % IACS. Tai panašu į tai, kaip gerai veikia tipiški apdoroti lydiniai. Šis scenarijus rodo, kad terminis apdorojimas yra svarbus žingsnis siekiant maksimaliai išnaudoti metalo 3D spausdinimo medžiagas.