Ako otestovať pevnosť kovových foriem na 3D tlač?

一, Hlavná metóda testovania sily
Testovanie pevnosti kovových foriem na 3D tlač musí zahŕňať tri dimenzie: vlastnosti materiálu, mikroštruktúru a kontrolu defektov, čím sa vytvorí viacúrovňový a viacrozmerný testovací cyklus.
1. Testovanie mechanického výkonu: Index kvantitatívnej pevnosti
Skúška ťahom: Použite univerzálne testovacie zariadenie na vystavenie axiálneho ťahového zaťaženia materiálu formy. To vám povie jeho pevnosť v ťahu (UTS), medzu klzu (YS) a predĺženie pri pretrhnutí (EL). Napríklad formy z titánovej zliatiny musia spĺňať normu ASTM E8 a ich UTS musí byť medzi 800 a 1000 MPa, zatiaľ čo ich YS musí byť aspoň 700 MPa.
Skúška kompresie: Skontrolujte, ako stabilná je forma, keď je stlačená. Tento test je užitočný najmä pri podopieraní konštrukcií alebo komponentov s hrubými stenami. Napríklad norma GB/T 7314 sa musí použiť na kontrolu pevnosti v tlaku foriem z hliníkovej zliatiny, aby sa zabezpečilo, že sa neohnú, keď sú tvarované pod vysokým tlakom.
Vykoná sa troj{0}}alebo štvorbodový{1}}test ohybu, aby sa zistilo, aká tuhá je forma pri ohýbaní a aká pevná je väzba medzi vrstvami. Testovanie pevnosti v ohybe foriem z nehrdzavejúcej ocele podľa normy ISO 14125 je jedným zo spôsobov, ako zabrániť odlupovaniu medzivrstvy, aby spôsobilo zlyhanie.
Nárazový test: Použite kyvadlový nárazový testovací stroj na napodobnenie dynamického zaťaženia a zistite, aká odolná je forma (napríklad Charpy V-zárezová energia nárazu). Napríklad forma na lopatky leteckých motorov musí spĺňať normu ASTM E23, aby sa zabezpečilo, že sa pri použití v náročných podmienkach ľahko nerozbije.
Test únavy: Použite vysokofrekvenčný{0}}stroj na testovanie únavy na simuláciu zaťaženia cyklu a zistite, ako dlho forma vydrží, kým sa unaví. Napríklad automobilové formy musia spĺňať normu ISO 12107 a mať medzu únavy najmenej 300 MPa, aby zvládli namáhanie pri dlhodobom -vysokom{5}}lisovaní.
2. Analýza mikroštruktúry: zistenie toho, čo umožňuje pevnosť
Pomocou metalografického mikroskopu (OM) sa pozrite na veľkosť zŕn formy, fázové zloženie a medzivrstvové rozhranie. Napríklad formy vyrobené pomocou SLM (Selective Laser Melting) majú často mikroskopické rovnoosé zrná, vďaka čomu sú o viac ako 30 % pevnejšie ako štandardné odliatky.
Skenovací elektrónový mikroskop (SEM): Pozrite sa, ako vznikajú a šíria trhliny, a hľadajte nedostatky, ako je nedostatok fúzie a pórovitosť. Napríklad SEM potrebuje skontrolovať formy EBM (tavenie elektrónovým lúčom), aby sa ubezpečil, že nie sú príliš porézne (menej alebo rovné 0,5 %) a aby sa zabránilo koncentrácii napätia.
Difrakcia spätného rozptylu elektrónov (EBSD): Zmerajte rozdiel v orientácii kryštálov (hodnota KAM) a otestujte, ako dobre sa môže materiál lokálne deformovať. Napríklad na miestach s vysokými hodnotami KAM sa pravdepodobne vyvinú trhliny a na zlepšenie orientácie zŕn je potrebné tepelné spracovanie.
3. Nájdite defekty: zbavte sa skrytých rizík spojených so silou
CT skenovanie pre priemysel: Testovanie vnútorných chýb vo formách, ktoré ich nepoškodzujú, ako sú póry, praskliny a miesta, kde sa forma úplne nespojila. Napríklad letecké formy musia spĺňať normu ISO 17637, aby sa zabezpečilo, že chyby nebudú väčšie ako 0,1 mm a že sa nerozšíria únavové trhliny.
Ultrazvukové testovanie (UT) nájde chyby, ktoré sú hlboko vo vnútri, a najlepšie funguje na formách s hrubými stenami. Napríklad formy panelov automobilov musia spĺňať normu ASTM E233, aby sa našli vnútorné chyby, ktoré sú hlboké aspoň 50 mm.
X-fluorescenčná spektroskopia (XRF): Rýchlo skontrolujte chemické zloženie formy, aby ste sa uistili, že obsah prvku je taký, aký by mal byť. Formy na zliatiny na báze niklu- musia napríklad spĺňať normu ISO 3497, aby sa udržali rozsahy kritických zložiek ako Cr a Mo pod 0,5 %.
2, Systém testovacích noriem pre medzinárodné aj domáce použitie
Kovové formy na 3D tlač musia byť testované na pevnosť podľa prísnych medzinárodných a domácich noriem, aby sa zaistilo, že údaje je možné porovnávať a že sa dodržiavajú pravidlá.
1. Normy z celého sveta
ISO/ASTM 52900: Stanovuje definície a klasifikácie terminológie 3D tlače a ponúka základný základ pre testovanie pevnosti.
ISO 23499: stanovuje štandardy pre rozmerovú presnosť a kvalitu povrchu kovových 3D tlačených predmetov. To má nepriamy vplyv na testovanie pevnosti.
ASTM E8/E23/E466: Toto sú hlavné štandardy na testovanie pevnosti foriem. Povedia vám, ako robiť ťahové, nárazové a únavové testy.
2. Normy pre domácnosť
GB/T 39251: Ujasnite si pravidlá prípravy a použitia vzoriek na ťahové, tlakové, ohybové a iné skúšky mechanických vlastností 3D tlačených kovových materiálov.
GB/T 39651: stanovuje kroky na kontrolu a hodnotenie kovových aditívnych výrobných dielov, vrátane spôsobu klasifikácie chýb a stanovenia akceptačných kritérií.
QB/T 5696: Táto norma hovorí o kvalite kovových materiálov pre 3D tlač a stanovuje konkrétne požiadavky na veci, ako je veľkosť a tekutosť práškových častíc, ktoré nepriamo ovplyvňujú pevnosť formy.
3, Dôležité technické problémy a ako ich opraviť
Aby boli kovové formy na 3D tlač pevnejšie, musíme nájsť spôsoby, ako sa vysporiadať s problémami, ako je anizotropia, zvyškové napätie a kvalita povrchu. Dá sa to dosiahnuť pomocou nových technológií a lepších procesov.
1. Riadenie anizotropie
Pevnosť 3D tlačených foriem sa mení na základe orientácie tlače (pozdĺžna, priečna, šikmá). Napríklad pozdĺžna pevnosť foriem generovaných SLM by mohla byť o 20 % vyššia ako priečna pevnosť.
Riešenie: Zlepšite spôsob skenovania: Použite šachovnicovú alebo špirálovú dráhu skenovania, aby boli zmeny v tepelnom napätí vo vrstvách menej viditeľné.
Spevnenie po spracovaní: Izostatické lisovanie za horúca (HIP) odstraňuje póry a zvyšuje hustotu formy na viac ako 99,9 %.
Viac{0}}smerové testovanie: Vzorky sa odoberajú v troch rôznych smeroch-pozdĺžne, priečne a šikmé-, aby sa zaistilo, že minimálna pevnosť zodpovedá konštrukčným štandardom.
2. Riadenie zvyškového napätia Problém: Keď 3D tlač príliš rýchlo ochladzuje, môže sa vytvárať zvyškové napätie, ktoré môže spôsobiť ohnutie alebo rozbitie formy.
Riešenie: Žíhanie na zmiernenie stresu: Udržujte ho pri teplote 500-600 stupňov po dobu 2 až 4 hodín, aby ste uvoľnili vnútorný stres.
Laserové šokové spevňovanie využíva- vysokoenergetické laserové lúče na zmenu tvaru povrchu, pridanie zvyškového napätia v tlaku a predĺženie životnosti materiálu.
Online monitorovanie: Pomocou vstavaných{0}}optických senzorov môžete sledovať rozloženie stresu v reálnom čase a podľa potreby meniť nastavenia tlače.
3. Lepšia kvalita povrchu Problém: Drsnosť povrchu (Ra) 3D tlačených foriem je zvyčajne 10–20 μm, čo uľahčuje ich rozbitie.
odpoveď:
Mechanické leštenie: CNC leštiaci stroj môže znížiť Ra na menej ako 0,8 μm, čo robí povrch pevnejším.
Chemické leštenie: použitie kyslého umývania alebo elektrolytického leštenia na odstránenie malých povrchových chýb a zvýšenie odolnosti povrchu voči korózii.
Otryskávanie brokovnicou: Tento proces pridáva na povrch vrstvu zvyškového tlakového napätia tak, že naň zasiahne vysokorýchlostné projektily-. Vďaka tomu je odolnejší voči únave.
4, Prípadová štúdia a priemyselná prax
Prípad 1: Forma na lopatku leteckého motora
Materiálom je -vysokoteplotná{1}} zliatina na báze niklu (Inconel 718).
Zameranie testu:
Pevnosť pri vysokej teplote: Norma GB/T 4338 hovorí, že pevnosť v ťahu by sa mala testovať pri 650 stupňoch, aby sa zabezpečilo, že je aspoň 800 MPa.
Výkon pri tepelnej únave: Pomocou normy ISO 12111 otestujte rýchlosť šírenia lomu počas cyklov štartovania{1}}zastavovania motora.
Mikroštruktúra: Pomocou EBSD sa pozrite na distribúciu fázy a uistite sa, že veľkosť zosilňovacej fázy je menšia alebo rovná 50 nm. Vďaka tomu bude materiál stabilnejší pri vysokých teplotách.
Forma vydrží trikrát dlhšie ako štandardné odliatky, čo je potrebné na to, aby letecké motory bežali 100 000 hodín.
Prípad 2: Forma na kryt automobilu
Materiál: oceľ s vysokou pevnosťou (H13)
Čo testovať:
Odolnosť proti opotrebeniu: Norma ASTM G65 testuje množstvo opotrebenia, aby sa ubezpečil, že je menšie alebo rovné 0,1 g/1000 otáčok.
Odolnosť proti nárazu: Energia Charpyho nárazu musí byť aspoň 30 J podľa normy ISO 148.
Rozmerová presnosť: Použite testovanie CMM, aby ste sa uistili, že nepresnosť povrchu formy je menšia alebo rovná 0,05 mm.
Forma vydrží na 500 000 raziacich cyklov, čo je o 50 % dlhšie ako u iných foriem.