האם טיפול בחום יכול לשפר את ביצועי העייפות של חלקי מתכת מודפסים בתלת מימד?

一, הבעיה העיקרית עם ביצועי עייפות היא שלחלקים מודפסים בתלת מימד יש תקלות מלידה.
הבעיות עם ביצועי העייפות של הדפסת תלת מימד מתכת נובעות מאיך שהיא נוצרת. באמצעות סגסוגת טיטניום (Ti-6Al-4V) כדוגמה, שיטת המסת מיטת האבקה (PBF) ממיסה במהירות את אבקת המתכת ולאחר מכן מגבשת אותה. זה גורם לבעיות הבאות:
הטרוגניות מיקרו-מבנה: לגרגרים העיקריים יש מבנה עמודי מחוספס, עם יותר פאזה ליד קצוות הגרגירים, מה שמקל על תחילת סדקי העייפות.
חורים ורווחים: אם האבקה לא מתמזגת במלואה או הגז מתמוסס, הנקבוביות הפנימית יכולה להגיע עד 0.5% עד 2%, מה שמוריד מאוד את גבול העייפות.
מתח שיורי: מתח המתיחה הנובע מקירור מהיר יכול להיות 50% עד 70% מחוזק התפוקה של החומר, מה שמאיץ את צמיחת הסדקים.
המכון למתכות, האקדמיה הסינית למדעים, מצא כי חוזק עייפות מתח מתח של סגסוגת טיטניום טיפוסית להדפסת תלת מימד הוא רק 475 MPa, שהוא נמוך בהרבה מ-900 MPa שהוא צריך להיות כאשר מחושלים. זה בעיקר בגלל נקבוביות ומרקם מחוספס שגורמים לסדקים.
2, הדרך של טכנולוגיית טיפול בחום עוברת מהיפטרות מפגמים לשיפור הארגון.
על ידי ניהול טמפרטורה, משך וקצב קירור, טיפול בחום עונה על שלוש מטרות עיקריות:
1. להיפטר מפגמים בפנים: הטכנולוגיה של לחיצה איזוסטטית חמה (HIP)
תהליך HIP משתמש בגז אינרטי, כמו ארגון, כדי להעביר לחץ בטמפרטורות גבוהות מאוד (900-1250 מעלות) ובלחצים גבוהים מאוד (100-200 MPa). זה גורם לחומר לשנות צורה וסוגר את החורים בתוכו. לְמָשָׁל:
בתחום התעופה והחלל, GE Aviation השתמשה ב-SLM כדי להדפיס להבי טורבינה של Inconel 718 ולאחר מכן ב-HIP כדי לטפל בהם. זה חתך את הנקבוביות מ-0.8% ל-0.02% והשילש את חיי העייפות.
שיפור סגסוגות טיטניום: עסק בצ'ונגצ'ינג השתמש בטיפול HIP להדפסת 3D Ti-6Al-4V. זה העלה את מגבלת העייפות מ-550 MPa ל-900 MPa, שזהה למצב המזויף, והפך את החומר להרבה פחות אנזוטרופי.
2. טכנולוגיית התגבשות כיוונית משמשת כדי להפוך את גודל הגרגרים לאחיד יותר ואת המיקרומבנה לאחיד יותר.
הליך ההתגבשות הכיוונית של MIT שולט בשיפוע הטמפרטורה (לדוגמה, ציור ב-2.5 מ"מ לשעה ב-1235 מעלות) כדי ליצור מבני גביש עמודים על ידי יצירת הגרגירים בכיוון מסוים. הטכנולוגיה הזו:
כדי לעצור את הזחילה, יש ליישר גבישים עמודים עם ציר המתח הגבוה ביותר, להפסיק את החלקת גבול התבואה בטמפרטורות גבוהות, ולהכפיל את חיי הזחילה של סגסוגות-בטמפרטורה גבוהה-על ניקל.
שיפור ההתנגדות לעייפות: בשימוש בלהבי טורבינת גז, היפטרות מפגמי גרגר גס ונקע מגדילה את ההתנגדות לתחילת סדקי עייפות ב-60%.
3. בקרת שינויי פאזה: תמיסה מוצקה עם טיפול הזדקנות
עבור חומרים כמו סגסוגות אלומיניום, טיפול בתמיסה (כמו החזקה ב-540 מעלות למשך שעתיים) מפרק את שלב ההתחזקות. לאחר מכן, טיפול הזדקנות (כמו החזקה ב-155 מעלות למשך 8 שעות) יוצר משקעים ננומטריים (כמו θ 'פאזה').
מאזן חוזק וקשיחות: לאחר טיפול בחום T6, חוזק התפוקה של סגסוגת אלומיניום F357 עלה מ-280 MPa ל-380 MPa, אך ההתארכות נשארה זהה ב-12%.
תהליך ה-URQ-HIP של Quintus Technologies משלב פתרון מוצק וטיפול- בלחץ גבוה כדי למנוע מהנקבוביות להיפתח מחדש, מה שנותן לסגסוגת האלומיניום F357 חיי עייפות ארוכים יותר מהיציקות הסטנדרטיות של MMPDS.
3, פרקטיקה הנדסית: מעבר ממעבדה לתיעוש
1. תחום התעופה והחלל
סימנס משתמשת ב-SLM כדי להדפיס להבי סגסוגת-על בסיס ניקל-גבוהה. להבים אלו מטופלים לאחר מכן ב-HIP ובגיבוש מחדש מכוון כדי להוסיף תעלות קירור מסובכות, מה שהופך את הטורבינה ליעילה ב-5% ומשתמשת ב-3% פחות דלק.
חלקי מבנה קלים: ה-Boeing 787 כולל סוגריים מסגסוגת טיטניום מודפסים בתלת-ממד המחוממים פעמיים (HIP+הזדקנות) כדי להפוך אותם חזקים יותר ב-40% וקלים יותר ב-30%.
2. תעשיית המכשור הרפואי
מפרקי ירכיים מודפסים תלת מימדיים של Johnson&Johnson Medical ואקום רפואי כדי להיפטר ממתח שיורי פני השטח. לאחר מכן הם השתמשו בליטוש כימי כדי להפוך את פני השטח לחלקים יותר ל-Ra0.8 מיקרומטר ולהעניק לשתלים חיי עייפות של יותר מ-20 שנה.
תכנון נגד-עייפות: טכניקת ה-NAMP של האקדמיה הסינית למדעים (וויסות פגמים ורקמות צעד-אחר-שלבי) העלתה את חוזק עייפות המתיחה של שתל Ti-6Al-4V מ-475 MPa ל-978 MPa, הרמה הגבוהה ביותר בעולם.
3. נושא ציוד אנרגיה
תיקון טורבינת גז: צוות MIT תיקן תא בעירה סגסוגת-מודפסת-תלת-ממדית על בסיס ניקל-על ידי שימוש בטיפול מכוון מחדש. טיפול זה גרם לתא להתמודד עם מתח של 200 MPa בטמפרטורה גבוהה של 650 מעלות ולחתוך את קצב הזחילה ב-80%.
חלקי חשמל גרעיניים: קבוצת EDF בצרפת משתמשת בטיפול HIP להדפסת תלת-ממד של חיבורי צינורות נירוסטה. זה נפטר מפגמים פנימיים והופך את המפרקים לעמידים יותר בפני קורוזיה באמצעות טיפול בתמיסה כדי לעמוד בתקנות הבטיחות הגרעינית.