Како параметри топлотне обраде утичу на перформансе финалног дела?

1. Параметар температуре: реконструкција микроструктуре вођена фазним прелазом
Контрола температуре чврстог раствора и фазног састава
Температура третмана раствора има директан утицај на то колико се легирајући елементи растварају у металној матрици. Јачање језгра 3Д штампаног 17-4ПХ нерђајућег челика су честице бакра које испадају из његове мартензитне матрице. Када се температура чврстог раствора одржава између 1040 и 1080 степени, бакарни елемент се у потпуности раствара у аустенитној матрици, стварајући презасићени чврсти раствор. Ако је температура испод 1000 степени, остаци бакра неће довољно ојачати материјал. Ако температура пређе 1100 степени, материјал ће постати мање робустан јер ће зрна постати већа. Према истраживању Института за метале Кинеске академије наука, ХИП третман на 950 степени може помоћи да се „мартензит промени у + двофазну структуру у легури Ти6Ал4В. Ово повећава издужење на 13,15% уз задржавање границе течења на 909,5 МПа.
Побољшање понашања температуре и падавина старења
Временски третман чини ствари јачим управљањем величином и ширењем честица друге фазе. Тим Технолошког универзитета у Шангају одлежавао је легуру ЦуЦрЗр коју је направио СЛМ на 500 степени 1 сат. Ово је подигло његову затезну чврстоћу са 460 МПа на 585 МПа и проводљивост са 31% ИАЦС на 64% ИАЦС. Механизам јачања заснива се на чињеници да атоми Цр излазе из бакарне матрице током процеса старења. Ово ствара наноразмерне ЦркЗри честице које заустављају миграцију дислокација кроз механизам за јачање Орована. Како температура старења иде до 550 степени, преципитиране фазе су грубље, што чини материјал слабијим. Међутим, материјал постаје дуктилнији, са повећањем дуктилности од 20% због пада отпорности на клизање дислокације.
2. Временски параметар: Баланс између поправљања грешака и перформанси
Време за задржавање и ефикасност затварања пора
Трајање задржавања има директан утицај на то колико су добро поправљене поре након ХИП третмана. Истраживање ХИП процеса легуре Ти6Ал4В показује да на 920 степени /140МПа, 2-сатни третман може смањити порозност са 0,8% на 0,02% и постићи густину од 99,99%; Ако се време држања продужи на 4 сата, порозност се даље смањује на 0,005%, али се величина зрна повећава са 10 μм на 15 μм, што резултира смањењем границе течења за 8%. То значи да док време задржавања може учинити ствари гушћима, оно такође може изазвати чудан раст зрна. Дакле, потребно је пронаћи равнотежу између отклањања недостатака и одржавања перформанси.
Кинетика промене фазе и време изолације
Изолационо време третмана чврстим раствором треба да обезбеди да су сви елементи легуре потпуно растворени. За 3Д-штампану ИН718 високо{4}}легуру, држање на 1080 степени током 1 сата може у потпуности да раствори Нб елемент у матрици. Ако се период изолације скрати на 30 минута, фаза ојачања '' не може у потпуности да се исталожи, што доводи до пада перформанси пузања при високим{9}}има за 40%. Дужина времена током којег је материјал изолован током третмана старењем утиче на величину фаза које се формирају. На пример, након старења на 720 степени током 8 сати, '' фаза у легури 718 је величине 50 нм, што је најбоље за јачање. После 16 сати старења, исталожена фаза је порасла на 100 нм, што је довело до пада чврстоће за 15%.
3. Брзина хлађења: пречишћавање организације и контрола заосталог стреса
Брзина гашења и производња мартензита
Брзина којом се метал хлади током гашења утиче на то које ће продукте фазног прелаза имати. За 3Д штампани Х13 алатни челик, брзина хлађења уљем од 50 степени/с може да направи мартензит равних резанаца са тврдоћом од 52ХРЦ. Ако га охладите ваздухом (5 степени/с), формираће се структура бенита и тврдоћа ће пасти на 40ХРЦ. Иако брзо гашење може отежати ствари, такође може изазвати њихово пуцање. Да би се пронашао прави баланс између тврдоће и преосталог напрезања, потребно је постепено гашење (на пример, прво хлађење на 600 степени, а затим хлађење уљем).
Споро хлађење и ослобађање од стреса
Спора брзина хлађења током третмана жарењем утиче на то како се ослобађа заостали стрес. Било је потребно 2 сата да се легуре алуминијума АлСи10Мг за 3Д штампање охлади од 300 степени до собне температуре брзином од 5 степени/мин. Ово је смањило заостало напрезање за 70%. Ако се брзина хлађења подигне на 20 степени/мин, заостали напон ће пасти само за 30%. Споро хлађење помаже преуређивању дислокација и миграцији граница зрна, што ублажава стрес. Међутим, брзина хлађења која је сувише спора може довести до тога да зрна постану грубља, стога су потребна одговарајућа подешавања за оптимизацију материјала.
4. Оптимизација сарадње са више-параметара: од „покушаја и грешке“ до „прецизне контроле“
Технологија дигиталног близанаца покреће предвиђање параметара
Сиеменс и Боеинг су заједно радили на изради дигиталне платформе близанаца која може показати како се температурно поље, поље напрезања и микроструктура 3Д штампане легуре Ти6Ал4В мењају током ХИП третмана. Систем може да пронађе најбољи ХИП метод (као што је 920 степени /140МПа/2х) узимајући у обзир ствари као што су почетна порозност и величина зрна. Ово може учинити да делови трају три пута дуже и преполовити број тестирања.
Инверзија параметара уз помоћ машинског учења
ГЕ Авиатион користи технике машинског учења како би прегледао 100.000 сетова података топлотног третмана и креирао модел мапирања „перформансе брзине хлађења у времену температуре“. Овај модел може да схвати подешавања процеса која ће радити за одређене потребе перформанси. Када легура ИН718 треба да одржи век пузања од 1000 сати на 650 степени, на пример, систем предлаже процесну шему од 1080 степени/1х чврстог раствора+720 степена/8х старења. Измерени век пузања је 1200 сати.
5. Студија случаја једне индустрије: од лабораторије до фабрике
Област ваздухопловства
Да би побољшао 3Д штампање турбинских дискова од високотемпературне легуре на бази никла-базираних-, Роллс Роице усваја ХИП третман. Делови третирани ХИП-ом имају век пузања од 173 сата на високој температури од 1400 степени, што је више од 50 сати колико је било потребно за основне компоненте ГЕ9Кс мотора.
Област медицинских имплантата
Након 950 степени током 4 сата ХИП третмана на 3Д штампаном имплантату зглоба кука Ти6Ал4В компаније Јохнсон&Јохнсон, његова максимална чврстоћа на замор достигла је 550МПа (107 циклуса), што је исто као и ковано жарено стање. Истовремено, храпавост површине Ра<0.01 μm satisfied the biocompatibility criteria.