Kuidas testida metallist 3D-printimisvormide tugevust?

一, Peamine tugevuse testimise meetod
Metallist 3D-printimisvormide tugevuskatse peab hõlmama kolme dimensiooni: materjali atribuudid, mikrostruktuur ja defektide kontroll, luues mitme-tasandi ja mitme{2}}mõõtmelise testimisahela.
1. Mehaanilise jõudluse testimine: kvantitatiivse tugevuse indeks
Tõmbekatse: kasutage universaalset testimisseadet, et anda vormi materjalile aksiaalne tõmbekoormus. See näitab teile selle tõmbetugevust (UTS), voolavuspiiri (YS) ja katkemispikenemist (EL). Näiteks peavad titaanisulamist vormid vastama ASTM E8 standardile ja nende UTS peab olema vahemikus 800–1000 MPa, samas kui nende YS peab olema vähemalt 700 MPa.
Surumiskatse: kontrollige, kui stabiilne on vorm kokkusurumisel. See test on eriti kasulik paksude seintega tugistruktuuride või komponentide puhul. Näiteks standardit GB/T 7314 tuleb kasutada alumiiniumisulamist valuvormide survetugevuse kontrollimiseks, et veenduda, et need ei paindu, kui need moodustatakse kõrge rõhu all.
Kolme-- või nelja-punkti paindekatse tehakse selleks, et näha, kui jäik on vorm paindumisel ja kui tugev on kihtidevaheline side. Roostevabast terasest valuvormide paindetugevuse testimine vastavalt standardile ISO 14125 on üks võimalus vältida kihtidevahelise koorumise tõrkeid.
Löögikatse: kasutage dünaamiliste koormuste jäljendamiseks pendliga löögikatsemasinat ja uurige, kui vastupidav on hallitus (nt Charpy V{0}}sälk löögienergia). Näiteks peab lennukimootorite labade vorm vastama ASTM E23 standardile, et see ei puruneks karmides olukordades kasutamisel kergesti.
Väsimustest: kasutage kõrgsageduslikku{0}}väsimustesti masinat, et simuleerida tsüklikoormust ja välja selgitada, kui kaua vorm vastu peab, enne kui see väsib. Näiteks autotööstuses kasutatavad valuvormid peavad vastama ISO 12107 standardile ja neil peab olema vähemalt 300 MPa väsimuspiir, et taluda pikaajalist-kõrgsurvestantsimist{5}}.
2. Mikrostruktuuri analüüs: välja selgitada, mis teeb tugevuse võimalikuks
Kasutage metallograafilist mikroskoopi (OM), et vaadata vormi tera suurust, faasi koostist ja kihtidevahelist liidest. Näiteks SLM-iga (Selective Laser Melting) valmistatud valuvormidel on sageli mikroskoopilised võrdsed terakesed, mis muudavad need rohkem kui 30% tugevamaks kui tavalistel valanditel.
Skaneeriv elektronmikroskoop (SEM): vaadake, kuidas praod tekivad ja levivad, ning otsige vigu, nagu sulandumise ja poorsuse puudumine. Näiteks peab SEM kontrollima EBM-i (elektronkiirega sulamise) vorme, et veenduda, et need poleks liiga poorsed (vähem kui 0,5%) ja vältida pingete kontsentratsiooni.
Elektronide tagasihajumise difraktsioon (EBSD): mõõta erinevust kristallide orientatsioonis (KAM väärtus) ja testida, kui hästi materjal suudab lokaalselt deformeeruda. Näiteks kõrge KAM-väärtusega kohtades võivad tekkida praod ja terade orientatsiooni parandamiseks on vaja kuumtöötlust.
3. Leia defektid: vabane varjatud tugevusriskidest
CT-skaneerimine tööstusele: sisemiste vigade testimine vormides, mis neid ei kahjusta, nagu poorid, lõhed ja kohad, kus vorm ei ole täielikult sulanud. Näiteks peavad lennukivormid vastama ISO 17637 standardile, et tagada, et defektid ei oleks suuremad kui 0,1 mm ja et väsimuspraod ei leviks.
Ultraheli testimine (TÜ) leiab sügaval sees olevad vead ja see toimib kõige paremini paksude seintega vormide puhul. Näiteks peavad autopaneelide vormid vastama ASTM E233 standardile, et leida sisemisi vigu, mis on vähemalt 50 mm sügavused.
Röntgenfluorestsentsspektroskoopia (XRF): kontrollige kiiresti vormi keemilist koostist, et veenduda, et elemendi sisaldus on selline, nagu peaks. Näiteks nikli-põhised sulamivormid peavad vastama ISO 3497 standardile, et hoida kriitiliste koostisosade, nagu Cr ja Mo, vahemikud alla 0,5%.
2, testimisstandardite süsteem nii rahvusvaheliseks kui ka koduseks kasutamiseks
Metallist 3D-printimisvormide tugevust tuleb testida rangete rahvusvaheliste ja kodumaiste standardite järgi, et veenduda andmete võrdlemises ja reeglite järgimises.
1. Standardid kogu maailmast
ISO/ASTM 52900: kehtestab 3D-printimise terminoloogia määratlused ja klassifikatsioonid, pakkudes alust tugevuse testimiseks.
ISO 23499: kehtestab metallist 3D-prinditud esemete mõõtmete täpsuse ja pinnakvaliteedi standardid. Sellel on kaudne mõju tugevuse testimisele.
ASTM E8/E23/E466: need on hallituse tugevuse testimise peamised standardid. Nad räägivad teile, kuidas teha tõmbe-, löögi- ja väsimusteste.
2. Kodu standardid
GB/T 39251: Tehke selgeks reeglid proovide ettevalmistamiseks ja kasutamiseks tõmbe-, surve-, painde- ja muudes 3D-prinditud metallmaterjalide mehaaniliste omaduste katsetes.
GB/T 39651: sätestab metallilisandite valmistamise osade kontrollimise ja hindamise sammud, sealhulgas defektide klassifitseerimise ja vastuvõtukriteeriumide määramise.
QB/T 5696: see standard räägib metallist 3D-trükimaterjalide kvaliteedist ja seab erinõuded sellistele asjadele nagu pulbriosakeste suurus ja voolavus, mis mõjutavad vormi tugevust kaudsel viisil.
3, Olulised tehnilised probleemid ja nende parandamine
Metallist 3D-printimise vormide tugevamaks muutmiseks peame leidma viisid selliste probleemide lahendamiseks nagu anisotroopia, jääkpinge ja pinnakvaliteet. Seda saab teha uue tehnoloogia ja paremate protsesside abil.
1. Anisotroopia kontrollimine
3D-prinditud vormide tugevus muutub sõltuvalt printimise orientatsioonist (piki-, põiki-, kaldus). Näiteks võib SLM-i tekitatud vormide pikisuunaline tugevus olla 20% suurem kui põikitugevus.
Lahendus. Täiustage skannimise viisi: kasutage ruudu- või spiraalskannimise rada, et muuta kihtide soojuspingete muutused vähem märgatavaks.
Töötlemisjärgne-tugevdamine: kuumisostaatpressimine (HIP) eemaldab poorid, tõstes vormi tiheduse üle 99,9%.
Mitmesuunaline katse
2. Jääkpinge juhtimine Probleem: kui 3D-printimine jahtub liiga kiiresti, võib see koguneda jääkpinge, mis võib põhjustada hallituse paindumist või purunemist.
Lahendus: stressi leevendamine: hoidke seda 500–600 kraadi juures 2–4 tundi, et vabaneda sisemisest stressist.
Laseršokipuhastus kasutab suure{0}}energiaga laserkiiri, et muuta pinna kuju, lisada survet jääkpinget ja pikendada materjali vastupidavust.
Võrgusjälgimine: sisseehitatud{0}}kiudoptiliste andurite kasutamine pingejaotusel reaalajas silma peal hoidmiseks ja vajadusel printimisseadete muutmiseks.
3. Parem pinnakvaliteet Probleem: 3D-prinditud vormide pinnakaredus (Ra) on tavaliselt 10–20 μm, mis muudab need kergesti purunevaks.
Vastus:
Mehaaniline poleerimine: CNC-poleerimismasin võib langetada Ra alla 0,8 μm, mis muudab pinna tugevamaks.
Keemiline poleerimine: happepesu või elektrolüütilise poleerimise kasutamine, et eemaldada pinna väikesed vead ja muuta pind korrosioonikindlamaks.
Haavli eemaldamine: see protsess lisab pinnale survejääkpinge kihi, lüües seda suure{0}}kiirusega mürskudega. See muudab selle väsimusele vastupidavamaks.
4, Juhtumiuuring ja tööstuse praktika
Juhtum 1: vorm lennukimootori laba jaoks
Materjaliks on nikli{0}}põhine kõrge-temperatuuriline sulam (Inconel 718).
Testi fookus:
Kõrge temperatuuri tugevus: GB/T 4338 standard ütleb, et tõmbetugevust tuleks katsetada 650 kraadi juures, et veenduda, et see on vähemalt 800 MPa.
Termiline väsimus: kasutage standardit ISO 12111, et testida murdude leviku kiirust mootori käivitamise{1}}seiskamistsüklite ajal.
Mikrostruktuur: kasutage EBSD-d, et vaadata faasi jaotust ja veenduda, et tugevdusfaasi suurus on väiksem kui 50 nm või sellega võrdne. See muudab materjali kõrgel temperatuuril stabiilsemaks.
Vorm peab vastu kolm korda kauem kui standardvalandid, mis on vajalik selleks, et lennukimootorid töötaksid 100 000 tundi.
Juhtum 2: autokatte vorm
Materjal: kõrge tugevusega teras (H13)
Mida testida:
Kulumiskindlus: ASTM G65 standard testib kulumiskogust, et veenduda, et see on väiksem või võrdne 0,1 g/1000 pöörete kohta.
Löögikindlus: Charpy löögienergia peab vastavalt ISO 148 standardile olema vähemalt 30 J.
Mõõtmete täpsus: kasutage CMM-i testimist, et veenduda, et vormipinna ebatäpsus on väiksem või võrdne 0,05 mm.
Vorm kestab 500 000 stantsimistsüklit, mis on 50% pikem kui teistel vormidel.