Kuidas mõjutavad kuumtöötluse parameetrid lõpliku osa jõudlust?

1. Temperatuuri parameeter: mikrostruktuuri rekonstrueerimine, mida juhib faasisiire
Tahke lahuse temperatuuri ja faasi koostise kontroll
Lahuse töötlemise temperatuur mõjutab otseselt legeerivate elementide lahustumist metallmaatriksis. 3D-prinditud 17-4PH roostevaba terase tugevdav südamik on vaseosakesed, mis kukuvad martensiitsest maatriksist välja. Kui tahke lahuse temperatuuri hoitakse vahemikus 1040–1080 kraadi, lahustub vaskelement austeniidi maatriksis täielikult, luues üleküllastunud tahke lahuse. Kui temperatuur on alla 1000 kraadi, ei tugevda vasejäägid materjali piisavalt. Kui temperatuur tõuseb üle 1100 kraadi, muutub materjal vähem vastupidavaks, kuna terad muutuvad suuremaks. Hiina Teaduste Akadeemia metalliinstituudi uuringute kohaselt võib HIP-i töötlemine 950 kraadi juures aidata martensiidil Ti6Al4V sulamis muutuda + kahefaasiliseks struktuuriks. See suurendab pikenemist 13,15% -ni, hoides voolavuspiiri 909,5 MPa.
Vananemise temperatuuri ja sademete käitumise parandamine
Ajatöötlus muudab asjad tugevamaks, hallates teise faasi osakeste suurust ja levikut. Shanghai Tehnikaülikooli meeskond vanandas SLM-i valmistatud CuCrZr sulamit 500 kraadi juures 1 tund. See tõstis selle tõmbetugevust 460 MPa-lt 585 MPa-le ja juhtivust 31% IACS-lt 64% IACS-le. Tugevdusmehhanism põhineb sellel, et vananemisprotsessi käigus väljuvad vase maatriksist Cr-aatomid. See loob nanomõõtmelised CrxZry osakesed, mis peatavad dislokatsiooni migratsiooni Orowani tugevdusmehhanismi kaudu. Vananemistemperatuuri tõustes kuni 550 kraadi on sadestunud faasid jämedamad, mis muudab materjali nõrgemaks. Kuid materjal muutub elastsemaks, mille elastsus suureneb 20% tänu dislokatsiooni libisemiskindluse langusele.
2. Ajaparameeter: Tasakaal vigade parandamise ja jõudluse vahel
Hoidmisaeg ja pooride sulgemise tõhusus
Hoidmise kestus mõjutab otseselt seda, kui hästi poorid pärast HIP-ravi paranevad. Ti6Al4V sulami HIP-protsessi uuringud näitavad, et 920 kraadi /140 MPa juures võib 2-tunnine töötlemine vähendada poorsust 0,8%-lt 0,02%-le ja saavutada 99,99% tiheduse; Kui hoidmisaega pikendada 4 tunnini, väheneb poorsus veelgi 0,005%-ni, kuid tera suurus suureneb 10 μm-lt 15 μm-ni, mille tulemusena voolavuspiir väheneb 8%. See tähendab, et kuigi hoidmisaeg võib asju tihedamaks muuta, võib see esile kutsuda ka imeliku terakasvu. Seega tuleb leida tasakaal defektide parandamise ja jõudluse hoidmise vahel.
Faasimuutuse ja isolatsiooniaja kineetika
Tahke lahusega töötlemise isolatsiooniaeg peaks tagama, et kõik sulamielemendid on täielikult lahustunud. 3D-prinditud IN718 kõrgtemperatuurse-sulami puhul võib selle hoidmine 1080 kraadi juures 1 tund maatriksis Nb elemendi täielikult lahustada. Kui isolatsiooniperioodi lühendatakse 30 minutini, ei saa '' tugevdusfaas täielikult sadestuda, mistõttu kõrgel -temperatuuril roomevõime langeb 40%. Aeg, mille jooksul materjal on vananemistöötluse ajal isoleeritud, mõjutab tekkivate faaside suurust. Näiteks pärast 720 kraadi juures 8 tundi vanandamist on 718 sulami ''-faas 50 nm suurune, mis on tugevdamiseks parim. Pärast 16-tunnist vananemist kasvas sadestunud faas 100 nm-ni, mistõttu tugevus langes 15%.
3. Jahutuskiirus: organisatsiooni viimistlemine ja jääkpinge ohjamine
Kustutamise kiirus ja martensiidi tootmine
Kiirus, millega metall jahutamise ajal jahtub, mõjutab selle faasisiirdeprodukte. 3D-prinditud H13 tööriistaterase puhul võib õli kustutamise jahutuskiirus 50 kraadi sekundis muuta lamedad nuudlid martensiidiks kõvadusega 52 HRC. Kui jahutate seda õhuga (5 kraadi /s), tekib bainiidi struktuur ja kõvadus langeb 40 HRC-ni. Kuigi kiire kustutamine võib asju raskemaks muuta, võib see põhjustada ka nende pragunemise. Kõvaduse ja jääkpinge vahelise õige tasakaalu leidmiseks on vaja astmelist karastamist (näiteks kõigepealt jahutamine 600 kraadini ja seejärel õlijahutus).
Aeglane jahutuskiirus ja stressi leevendamine
Aeglane jahutuskiirus lõõmutamise ajal mõjutab jääkpinge vabanemist. 3D-printimiseks mõeldud AlSi10Mg alumiiniumsulami jahutamiseks 300 kraadilt toatemperatuurile kulus 2 tundi kiirusega 5 kraadi minutis. See vähendas jääkpinget 70%. Kui jahutuskiirust tõsta 20 kraadini/min, langeb jääkpinge vaid 30%. Aeglane jahtumine aitab kaasa dislokatsiooni ümberkorraldamisele ja terade piiride rändele, mis maandab stressi. Liiga aeglane jahutuskiirus võib aga põhjustada terade jämedamaks muutumist, mistõttu on vaja sobivaid materjali optimeerimise sätteid.
4. Mitme-parameetriga koostöö optimeerimine: katse-eksituse meetodist kuni täpse juhtimiseni
Digitaalne kaksiktehnoloogia juhib parameetrite ennustamist
Siemens ja Boeing töötasid koos, et luua digitaalne kaksikplatvorm, mis suudab näidata, kuidas 3D-prinditud Ti6Al4V sulami temperatuuriväli, pingeväli ja mikrostruktuur HIP-ravi ajal muutuvad. Süsteem suudab välja selgitada parima HIP-meetodi (näiteks 920 kraadi /140 MPa/2h), võttes arvesse selliseid asju nagu algpoorsus ja tera suurus. See võib pikendada osade kasutusiga kolm korda ja vähendada katsete arvu poole võrra.
Parameetrite ümberpööramine masinõppe abil
GE Aviation kasutab masinõppe tehnikaid, et vaadata 100 000 kuumtöötlusandmete komplekti ja luua "temperatuuri ja jahutuskiiruse toimivuse" kaardistamise mudel. See mudel suudab välja selgitada protsessi sätted, mis töötavad teatud jõudlusvajaduste jaoks. Kui sulam IN718 peab hoidma roomamisaega 1000 tundi 650 kraadi juures, soovitab süsteem protsessiskeemi 1080 kraadi /1h tahke lahus+720 kraad /8h. Mõõdetud roomamisaeg on 1200 tundi.
5. Tööstuse juhtumiuuring: laborist tehasesse minek
Lennunduse valdkond
Nikkel{1}}põhiste kõrgtemperatuuriliste-sulamist turbiiniketaste 3D-printimise parandamiseks võtab Rolls Royce kasutusele HIP-töötluse. HIP-iga töödeldud osade roomamisaeg on 173 tundi kõrgel temperatuuril 1400 kraadi, mis on rohkem kui 50 tundi, mis oli vajalik GE9X mootorite oluliste komponentide jaoks.
Meditsiiniliste implantaatide valdkond
Pärast 950-kraadist 4-tunnist HIP-ravi Johnson&Johnsoni 3D-prinditud Ti6Al4V puusaliigese implantaadiga saavutas selle maksimaalne väsimustugevus 550 MPa (107 tsüklit), mis on sama, mis sepistatud lõõmutatud seisukorras. Samal ajal on pinna karedus Ra<0.01 μm satisfied the biocompatibility criteria.