Ako parametre tepelného spracovania ovplyvňujú výkon finálnej časti?

1. Teplotný parameter: rekonštrukcia mikroštruktúry riadená fázovým prechodom
Kontrola teploty tuhého roztoku a fázového zloženia
Teplota rozpúšťacieho spracovania má priamy vplyv na to, ako dobre sa legovacie prvky rozpúšťajú v kovovej matrici. Spevňujúcim jadrom 3D tlačenej nehrdzavejúcej ocele 17-4PH sú častice medi, ktoré vypadávajú z jej martenzitickej matrice. Keď sa teplota tuhého roztoku udržiava medzi 1040 a 1080 stupňami, medený prvok sa úplne rozpustí v austenitovej matrici a vytvorí presýtený tuhý roztok. Ak je teplota nižšia ako 1000 stupňov, zvyšky medi nespevnia materiál dostatočne. Ak teplota prekročí 1100 stupňov, materiál bude menej odolný, pretože zrná sa zväčšia. Podľa výskumu Ústavu kovov Čínskej akadémie vied môže ošetrenie HIP pri 950 stupňoch pomôcť „martenzitu zmeniť sa na + dvojfázovú štruktúru v zliatine Ti6Al4V. Tým sa zvýši predĺženie na 13,15 % pri zachovaní medze klzu na 909,5 MPa.
Zlepšenie teplotného a zrážkového správania pri starnutí
Časová úprava robí veci silnejšími riadením veľkosti a šírenia častíc druhej fázy. Tím Shanghai University of Technology nechal zreť zliatinu CuCrZr vyrobenú spoločnosťou SLM pri teplote 500 stupňov počas 1 hodiny. To zvýšilo jeho pevnosť v ťahu zo 460 MPa na 585 MPa a jeho vodivosť z 31 % IACS na 64 % IACS. Mechanizmus spevnenia je založený na skutočnosti, že atómy Cr vychádzajú z medenej matrice počas procesu starnutia. To vytvára nanočastice CrxZry, ktoré zastavujú migráciu dislokácií prostredníctvom mechanizmu spevňovania Orowan. Keď teplota starnutia stúpne na 550 stupňov, vyzrážané fázy sú hrubšie, čo spôsobuje, že materiál je slabší. Materiál sa však stáva ťažnejším, s 20% zvýšením ťažnosti v dôsledku poklesu odolnosti voči dislokácii.
2. Parameter času: Rovnováha medzi opravou chýb a výkonom
Čas na zadržanie a účinnosť uzatvorenia pórov
Trvanie držania má priamy vplyv na to, ako dobre sú póry opravené po ošetrení HIP. Výskum procesu HIP zliatiny Ti6Al4V ukazuje, že pri 920 stupňoch /140 MPa môže 2-hodinové spracovanie znížiť pórovitosť z 0,8 % na 0,02 % a dosiahnuť hustotu 99,99 %; Ak sa doba zdržania predĺži na 4 hodiny, pórovitosť sa ďalej zníži na 0,005 %, ale veľkosť zrna sa zvýši z 10 μm na 15 μm, čo vedie k zníženiu medze klzu o 8 %. To znamená, že aj keď čas zadržania môže spôsobiť, že veci budú hustejšie, môže tiež vyvolať podivný rast zŕn. Preto je potrebné nájsť rovnováhu medzi opravou chýb a udržaním výkonu.
Kinetika zmeny fázy a čas izolácie
Čas izolácie ošetrenia tuhým roztokom by mal zabezpečiť, aby sa všetky prvky zliatiny úplne rozpustili. V prípade 3D -vytlačenej vysokoteplotnej zliatiny IN718- môže jej udržanie pri teplote 1080 stupňov počas 1 hodiny úplne rozpustiť prvok Nb v matrici. Ak sa doba izolácie skráti na 30 minút, fáza spevňovania '' sa nemôže úplne vyzrážať, čo spôsobí pokles-tečenia pri vysokej teplote o 40 %. Dĺžka doby, počas ktorej je materiál izolovaný počas spracovania starnutia, ovplyvňuje veľkosť fáz, ktoré sa tvoria. Napríklad po starnutí pri 720 stupňoch počas 8 hodín má „fáza“ v zliatine 718 veľkosť 50 nm, čo je najlepšie na spevnenie. Po 16 hodinách starnutia narástla vyzrážaná fáza na 100 nm, čím sa pevnosť znížila o 15 %.
3. Rýchlosť ochladzovania: zjemnenie organizácie a kontrola zvyškového napätia
Rýchlosť kalenia a produkcia martenzitu
Rýchlosť, ktorou sa kov ochladzuje počas kalenia, ovplyvňuje, aké produkty fázového prechodu bude mať. V prípade 3D tlačenej nástrojovej ocele H13 môže rýchlosť chladenia pri ochladzovaní oleja 50 stupňov/s vytvoriť z plochých rezancov martenzit s tvrdosťou 52HRC. Ak ho ochladíte vzduchom (5 stupňov /s), vytvorí sa štruktúra bainitu a tvrdosť klesne na 40HRC. Aj keď rýchle kalenie môže veci sťažiť, môže tiež spôsobiť prasknutie. Na nájdenie správnej rovnováhy medzi tvrdosťou a zvyškovým napätím je potrebné stupňovité kalenie (napríklad najskôr ochladenie na 600 stupňov a potom ochladenie oleja).
Pomalá rýchlosť ochladzovania a úľava od stresu
Nízka rýchlosť ochladzovania počas spracovania žíhaním má vplyv na to, ako sa uvoľňuje zvyškové napätie. Chladenie hliníkovej zliatiny AlSi10Mg pre 3D tlač z 300 stupňov na izbovú teplotu pri rýchlosti 5 stupňov/min trvalo 2 hodiny. Tým sa znížilo zvyškové napätie o 70 %. Ak sa rýchlosť chladenia zvýši na 20 stupňov/min, zvyškové napätie klesne len o 30 %. Pomalé chladenie napomáha preskupeniu dislokácií a migrácii hraníc zŕn, čo zmierňuje stres. Príliš nízka rýchlosť chladenia však môže spôsobiť hrubšie zrná, preto sú potrebné vhodné nastavenia optimalizácie materiálu.
4. Viac{1}}parametrová kolaboratívna optimalizácia: od „pokusu a omylu“ po „presné ovládanie“
Technológia digitálneho dvojčaťa riadi predikciu parametrov
Siemens a Boeing spolupracovali na vytvorení platformy digitálneho dvojčaťa, ktorá dokáže ukázať, ako sa mení teplotné pole, pole napätia a mikroštruktúra 3D tlačenej zliatiny Ti6Al4V počas spracovania HIP. Systém dokáže zistiť najlepšiu metódu HIP (napríklad 920 stupňov /140MPa/2h) tým, že berie do úvahy veci, ako je počiatočná pórovitosť a veľkosť zrna. To môže spôsobiť, že diely vydržia trikrát dlhšie a počet testov sa zníži na polovicu.
Inverzia parametrov pomocou strojového učenia
Spoločnosť GE Aviation využíva techniky strojového učenia, aby sa pozrela na 100 000 súborov údajov o tepelnom spracovaní a vytvorila model mapovania „teplota a čas chladenia“. Tento model dokáže zistiť nastavenia procesov, ktoré budú fungovať pre určité potreby výkonu. Keď napríklad zliatina IN718 potrebuje zachovať životnosť 1000 hodín pri 650 stupňoch , systém navrhne procesnú schému starnutia 1080 stupňov /1h pevný roztok+720 stupňa /8h. Nameraná životnosť je 1200 hodín.
5. Prípadová štúdia odvetvia: prechod z laboratória do továrne
Oblasť letectva
Na zlepšenie 3D tlače turbínových diskov z niklovej-vysokoteplotnej zliatiny{2}} Rolls Royce používa úpravu HIP. Diely ošetrené HIP majú životnosť 173 hodín pri vysokej teplote 1400 stupňov, čo je viac ako 50 hodín, ktoré boli potrebné pre základné komponenty motorov GE9X.
Oblasť lekárskych implantátov
Po 950 stupňoch počas 4 hodín ošetrenia HIP na 3D tlačenom implantáte bedrového kĺbu Ti6Al4V od Johnson&Johnson dosiahla jeho maximálna únavová pevnosť 550 MPa (107 cyklov), čo je rovnaké ako u kovaného žíhaného stavu. Súčasne sa drsnosť povrchu Ra<0.01 μm satisfied the biocompatibility criteria.