Kokią 3D spausdinimo medžiagą turėtumėte naudoti aukštos temperatūros aplinkoje? - Žinios

Jūsų dalis puikiai veikia atliekant kambario-temperatūrų bandymus, bet kai tik variklio skyriuje, išmetimo sistemoje ar turbinoje - ji pradedama naudoti aukštoje-temperatūroje -, ji deformuojasi, įtrūksta arba praranda stiprumą greičiau nei tikėtasi. Tai viena iš labiausiai paplitusių ir brangiausių gedimų, kuriuos matome rinkdamiesi komandas3D metalo medžiagavisiškai neatsižvelgdami į eksploatavimo sąlygas.

Skirtumas yra dramatiškas: aliuminio lydinio dalis gali išlaikyti tinkamą stiprumą iki 150–200 laipsnių, o „Inconel 718“ gali išlaikyti daugiau nei 85 % kambario temperatūros atsparumo net 700 laipsnių kampu. Pasirinkus netinkamą medžiagą, dažnai perprojektuojama, vėluojama arba atsiranda gedimų.

Aukštos -temperatūrinės medžiagos pasirinkimas 3D spausdinimo srityje yra ne tik didžiausia temperatūra -, bet reikia suderinti lydinį su faktine darbo aplinka, korozijos poveikiu, svorio tikslais ir biudžetu. Šiame praktiniame vadove mes suskirstome našumą pagal temperatūros zonas, lyginame pagrindines medžiagas (aliuminį, nerūdijantį aliuminį, titaną, nikelio superlydinius), dalijamės tikrais naudojimo duomenimis, aptariame po{4}} apdorojimo poreikius ir pateikiame aiškią sprendimų sistemą. Nesvarbu, ar jums reikia aukštos temperatūros metalo 3D spausdinimo gamyklos palaikymo, ar vertinate „Inconel“ 3D spausdinimo aukštoje temperatūroje parinktis, tai padės padaryti teisingą pasirinkimą.

Kodėl aukšta{0}}temperatūros našumas yra kitokia 3D spausdinimo problema

Kaip karštis keičia metalo savybes

Esant aukštesnei temperatūrai, metalai šliaužia (lėta deformacija veikiant nuolatinei apkrovai), pagreitėja oksidacija ir sumažėja nuovargio tarnavimo laikas. Šie efektai dominuoja daug greičiau, nei dauguma inžinierių tikisi iš kambario temperatūros duomenų.

Kodėl 3D spausdinta mikrostruktūra veikia kitaip

Greitas sluoksnio -su sluoksnio kietėjimas priedų gamyboje sukuria unikalias grūdėtumo struktūras, liekamuosius įtempius ir galimą mikro-poringumą, kuris gali sustiprinti skilimą esant aukštai temperatūrai, jei tolesnis-apdirbimas nėra optimizuotas.

Skirtumas tarp kambario temperatūros bandymų ir realių darbo sąlygų

Daugelis komandų pasikliauja tik kambario{0}}temperatūros specifikacijomis, kad pastebėtų greitą našumo-sumažėjimą, kai dalys pradedamos eksploatuoti.

Pagrindinis duomenų taškas: metalų šliaužimas paprastai prasideda nuo 0,3–0,5 lydymosi temperatūros (Tm) Kelvinais. Aliuminio lydiniams (Tm ~ 660 laipsnių) reikšmingos šliaužimo problemos dažnai kyla virš 150–200 laipsnių (pagal ASM International duomenis).

Viename projekte, kurį rėmėme, turbokompresoriaus laikiklis, atspausdintas AlSi10Mg, išlaikė pradinius bandymus, bet parodė pastebimą deformaciją po šešių mėnesių nuolatinio ~ 250 laipsnių poveikio variklio skyriuje.

Temperatūros zonos sistema

Zona 1 - Iki 200 laipsnių: aliuminis ir kai kurie polimerai vis dar veikia

Zona 2 - 200 laipsnis iki 500 laipsnių : nerūdijančio plieno ir įrankių plieno teritorija

Zona 3 - 500 laipsnis iki 800 laipsnių: titanas ir žemesnės- klasės superlydiniai

4 - 800 laipsnio ir aukštesnė zona: tik nikelio superlydiniai ir ugniai atsparūs metalai

Pagrindinė pagrindų lentelė

Temperatūros zona	Rekomenduojamos medžiagos	Medžiagos, kurių reikia vengti	Tipinės programos
Mažesnis arba lygus 200 laipsnių	AlSi10Mg, PA12, PEEK	-	Elektronikos aušinimas, šviesos laikikliai
200-500 laipsnių	316L SS, 17-4PH, H13 įrankių plienas	Aliuminio lydiniai	Išmetimo komponentai, formos, įrankiai
500-800 laipsnių	Ti-6Al-4V, Inconel 625	Dauguma plieno	Oro erdvės konstrukcijos, karštų dujų takai
>800 laipsnių	Inconel 718, Hastelloy X, ugniai atsparios medžiagos	Aliuminis, titanas, dauguma plienų	Turbinų mentės, degimo kameros

Naudokite šią sistemą kaip pradinį tašką, tada atsižvelkite į koroziją, svorį ir išlaidas.

3D spausdinimo aliuminio lydinio priedai

AlSi10Mg šiluminės savybės

AlSi10Mg pasižymi puikiu spausdinamumu ir šilumos laidumu, tačiau greitai praranda stiprumą kylant temperatūrai.

Geriausiai naudojami aliuminio dėklai esant vidutiniam karščiui

Aušintuvai, variklių korpusai ir ne{0}}kritiniai laikikliai, kur nuolatinė temperatūra nesiekia 180 laipsnių .

Kada reikia nustoti galvoti apie aliuminį

Nepertraukiamai eksploatuojant daugiau nei 200–250 laipsnių, aliuminio stiprumo išlaikymas per staigiai sumažėja daugeliui saugos -kritinių ar ilgaamžių{3}}dalių.

Kaip terminis apdorojimas veikia aliuminio našumą{0}}aukštoje temperatūroje

T6 apdorojimas pagerina savybes esant vidutinei temperatūrai, tačiau jis negali įveikti pagrindinių aliuminio ribų.

Lentelė: AlSi10Mg tempimo stiprumo išlaikymas esant temperatūrai

Temperatūra ( laipsnis )	Tempiamasis stipris (MPa)	Kambario-temperatūros išlaikymas (%)
25	400–430	100%
100	370–390	~88%
150	330–360	~80%
200	260–290	~65%
250	180–220	~48%
300	120–150	~32%

Išvada:Aliuminio lydinio priedų 3D spausdinimasgeriausiai tinka nuolatinei eksploatavimo temperatūrai, žemesnei arba lygiai 180 laipsnių. Be to, rimtai įvertinkite nerūdijantį plieną ar aukštesnius lydinius.

Nerūdijantis plienas 316L ir 17-4PH

Kodėl nerūdijantis plienas šildo geriau nei aliuminis

Aukštesnė lydymosi temperatūra, geresnis atsparumas oksidacijai ir stabilesnė mikrostruktūra aukštesnėje temperatūroje.

316L prieš 17-4PH - Kuris skirtas naudoti aukštoje temperatūroje

316L pasižymi atsparumu korozijai; 17-4PH siūlo didesnį stiprumą vidutinio karščio diapazone.

Atsparumas oksidacijai - Paslėptas nerūdijančio plieno pranašumas

Lentelė: nerūdijančio plieno našumas aukštoje{0}}temperatūroje

Turtas	316 l (kambario temperatūra)	316L (~500 laipsnių)	17-4PH (kambario temperatūra)	17-4PH (~ 480 laipsnių)
Tempiamasis stipris (MPa)	540–600	380–420	1000–1100	750–820
Išeigos stiprumas (MPa)	440–500	280–320	900–1000	650–720
Maksimali aptarnavimo temp	~870 laipsnių (oksidacijos riba)	-	~480–550 laipsnių	-

Naudojimas: Maisto perdirbimas ir cheminės detalės palankios 316L; naftos ir dujų įrankiai dažnai naudoja 17-4PH.

Įrankinis plienas (H13 / M2) Šiluminio dviračio pritaikymo pasirinkimas

Kodėl įrankių plienas yra skirtas karščiui - Karštojo ir šalto darbo rūšys

H13 konforminėse aušinimo formose - Tikras žaidimų keitiklis

Atsparumas šiluminiam nuovargiui - Ką rodo duomenys

H13 išlaiko ~ 550–600 MPa tempimo stiprumą esant 600 laipsnių kampui ir siūlo žymiai geresnį terminio nuovargio tarnavimo laiką nei daugelis formų plienų. Dalims, kurioms būdingi pasikartojantys šildymo / aušinimo ciklai, o ne nuolatinis didelis karštis, H13 dažnai yra puikus 3D metalo medžiagos pasirinkimas.

Titano Ti-6Al-4V vidutinė-aukšta temperatūra, puikus stiprumo ir svorio santykis

Tikroji titano temperatūros riba - Ne tokia aukšta, kaip manote

Kur titanas lenkia aliuminį ir plieną

Aukščiausias savitasis stiprumas iki ~500–600 laipsnių.

Aviacijos ir kosmoso programos, apibrėžiančios titano šilumos diapazoną

Duomenys: Ti-6Al-4V išlaiko ~500–600 MPa tempimo stiprumą esant 500 laipsnių, tačiau oksidacija pastebimai pagreitėja virš 600 laipsnių.

Titanas tebėra puikus pasirinkimas svoriui{0}}300–550 laipsnių diapazone.

Nikelio superlydiniai

Inconel 718 - Pramonės standartas virš 600 laipsnių

Inconel 625 - Geresnis atsparumas korozijai atšiaurioje aplinkoje

Hastelloy X - Kai reikia atsparumo karščiui ir oksidacijai

Kodėl nikelio superlydinius sunku spausdinti 3D (ir kaip geros gamyklos tai išsprendžia)

Lentelė: Nikelio superlydiniai 3D spausdinimui

Medžiaga	Maksimali aptarnavimo temperatūra ( laipsnis )	Tempimas kambario temperatūroje (MPa)	~700 laipsnių tempimas (MPa)	Pagrindinis privalumas	Tipinės programos
Inconel 718	~700–750	1100–1200	950–1000	Subalansuota jėga ir tvirtumas	Turbinų diskai, degimo kameros
Inconel 625	~980	900–1000	700–800	Puikus atsparumas korozijai	Cheminis apdorojimas
Hastelloy X	~1200	800–900	600–700	Aukščiausias atsparumas oksidacijai	Dujų turbinų korpusai

„GE Aviation“ LEAP variklio degalų antgalis, atspausdintas „Inconel“, sujungė 19 dalių į vieną ir žymiai pagerino našumą.

Platus 3D spausdinimo metalo medžiagų pasirinkimas

Sukurkite savo medžiagų pasirinkimo sprendimų medį

Temperatūra → Korozijos poveikis → Svorio reikalavimas → Biudžetas → Po{0}}apdorojimo poreikiai.

Virš temperatūros - Būtina atsižvelgti į koroziją, svorį ir kainą

Kai reikia išbandyti prieš įsipareigodami

Pašto{0}}apdorojimo vaidmuo aukštoje temperatūroje{1}}

Pajėgi plataus spektro 3D spausdinimo metalo medžiagų gamykla turėtų aktyviai padėti įvertinti medžiagų tinkamumą prieš gamybą.

Įrašo{0}}apdorojimo reikalai

HIP (karštas izostatinis presavimas) super lydinio dalims

Terminio apdorojimo protokolai kiekvienai medžiagų šeimai

Dengimo parinktys Šiluminės barjerinės dangos, skirtos ekstremaliam karščiui

Kaip paviršiaus apdaila veikia oksidaciją aukštoje temperatūroje

Duomenys: gydymas HIP gali 40–60 % pailginti Inconel 718 eksploatavimo trukmę aukštoje{0} temperatūroje nuo nuovargio, palyginti su spausdinimo būkle (pagal ASM International ir pramonės tyrimus).

Pramonės programos

Aviacijos erdvėje - turbinų mentės, degimo įdėklai, šilumokaičiai

Automobilių ir elektromobilių - turbokompresoriaus komponentai, išmetimo kolektoriai

Nafta ir dujos - gręžinių įrankiai, vožtuvų korpusai, povandeninė įranga

Pramoninės krosnys ir energetinė įranga

Gynybos - raketų purkštukai ir šilumos valdymo sistemos

Aukštos{0}}temperatūrinių lydinių priedų gamybos segmentas sparčiai auga, ypač dėl aviacijos ir energijos poreikių.

Atitikties ir sertifikavimo reikalavimai, taikomi aukštai{0}}temperatūrinėms metalinėms dalims

AS9100D - Aviacijos ir kosmoso metalinių AM dalių kokybės valdymas

NADCAP - Specialiojo terminio apdorojimo ir HIP proceso akreditacija

Nikelio superlydinių miltelių ir jų dalių AMS specifikacijos

API standartai naftos ir dujų aukštos{0} temperatūros komponentams

Dažnos klaidingos nuomonės apie aukštos temperatūros{0}}3D spausdinimo medžiagas

1 klaidinga nuomonė: geras aliuminio šilumos laidumas reiškia gerą našumą aukštoje{1}}temperatūroje. Realybė: Jis greitai praranda jėgą virš 200 laipsnių.

2 klaidingas supratimas: nerūdijantis plienas tinka bet kokiai-kaitriai situacijai. Realybė: Oksidacija ir šliaužimas vis dar riboja virš tam tikros temperatūros.

3 klaidinga nuomonė: titanas yra aukščiausios kokybės lengvasis metalas,{1}}kai Realybė: jis išsiskiria iki ~ 550 laipsnių, bet vėliau oksiduojasi greičiau.

4 klaidinga nuomonė: atspausdinta{1}}Inconel veikia kaip kaltinė medžiaga. Realybė: būtinas tinkamas HIP ir terminis apdorojimas.

5 klaidinga nuomonė: pati brangiausia medžiaga visada yra saugiausias pasirinkimas. Tikrovė: per-nurodant, atsiranda nereikalingų išlaidų be papildomos naudos.

DUK

Kl .: Kokią aukščiausią temperatūrą gali atlaikyti metalinė 3D spausdinta dalis?

A: „Inconel“ ir „Hastelloy“ markės gali atlaikyti 1000 laipsnių +, jei tinkamas dizainas ir tolesnis{2}} apdorojimas.

K: Ar aliuminio 3D spausdintos dalys gali būti naudojamos variklio komponentuose?

A: tik žemesnės{0}}temperatūros zonose (paprastai<180–200°C continuous).

Kl .: Koks yra geriausias metalas 3D spausdinimo dalims, kurios veikia virš 600 laipsnių?

A: Inconel 718 yra labiausiai paplitęs ir subalansuotas pasirinkimas daugeliui programų.

Klausimas: Ar Inconel 718 yra stipresnis už titaną esant aukštai temperatūrai?

A: Taip, žymiai daugiau nei 500–600 laipsnių.

Kl.: ar 3D spausdinimas turi įtakos „Inconel“ savybėms aukštoje temperatūroje{1}}?

A: Tai gali sukelti iššūkių, tačiau HIP ir optimizuotas terminis apdorojimas priartina savybes į apdirbimo lygį.

Kl.: Koks tolesnis apdorojimas reikalingas aukštos-temperatūrinės metalo 3D spausdinimo detalėms?

A: HIP, tinkamas streso mažinimas arba senėjimo terminis apdorojimas ir dažnai paviršiaus padengimas arba poliravimas.

Kl.: Kaip savo programai pasirinkti Inconel 625 arba Inconel 718?

A: Pasirinkite 718, kad padidintumėte stiprumą; 625 užtikrina puikų atsparumą korozijai atšiaurioje cheminėje aplinkoje.

Kl.: Kaip rasti patikimą aukštos{0}}temperatūrinės metalo 3D spausdinimo gamyklą, turinčią superlydinių patirties?

A: Pirmenybę teikite partneriams, turintiems AS9100/NADCAP sertifikatus, vidaus HIP ir aukštos{2} temperatūros testus bei patikrintas projektų nuorodas jūsų temperatūros diapazone.

Susisiekite dabar

Nėra vienos „geriausios“ aukštos temperatūros{0}}3D spausdinimo medžiagos. Tinkamas pasirinkimas priklauso nuo jūsų darbo temperatūros, korozijos aplinkos, svorio tikslų ir biudžeto. Aiški sprendimų sistema (temperatūros zona × kiti reikalavimai) apsaugo nuo brangiai kainuojančių klaidų ir padeda visapusiškai panaudoti priedų gamybą.

Mūsų komanda specializuojasi aukštos temperatūros metalo 3D spausdinimo gamykliniuose sprendimuose aliuminio, nerūdijančio plieno, titano, Inconel ir kitose 3D metalo medžiagų šeimose. Teikiame galutinį-į-palaikymą nuo medžiagų parinkimo ir DfAM iki patvirtinto aukštoje{5}}temperatūrų bandymo.

Pasiruošę rasti optimalią medžiagą aukštos{0}}temperatūriniam projektui? Susisiekite su mūsų 3D metalinių medžiagų gamintojų komanda šiandien, kad gautumėte neprivalomą paraiškos peržiūrą, medžiagų rekomendaciją ar prototipo pasiūlymą. Įsitikinkite, kad jūsų dalys patikimai veiktų esant tikram karščiui - susisiekite dabar.