Quin és el paper del tractament tèrmic per alleujar l'estrès en la impressió 3D de metall?

1. El mètode de formació i perills d'estrès residual
La naturalesa física de l'acumulació d'estrès tèrmic
Els feixos làser o d'electrons creen temperatures molt elevades (més de 2000 graus) en llocs petits durant el procés d'impressió 3D de metall. Això fon la pols metàl·lica i fa una piscina de metall fos. Quan el raig làser s'allunya, la piscina fosa es refreda i s'endureix ràpidament, cosa que fa que la temperatura canviï als llocs propers. Aquesta dilatació i contracció tèrmica desigual creen un camp d'esforç complicat a l'interior de la peça. Quan s'imprimeixen suports d'aviació d'aliatge de titani, l'estructura suspesa no té cap suport i la tensió local pot aproximar-se al 80% de la resistència a la fluència del material, que és molt superior al límit de coixinet del material.
Problemes comuns que provoca l'estrès
Si la tensió residual no es deixa anar ràpidament, es produirà tres problemes principals:
Inestabilitat geomètrica: quan la tensió és massa perquè el material s'uneixi al substrat, la peça es doblegarà i canviarà de forma. Un estudi de cas d'una fulla de motor d'avió va trobar que la fulla que no es va tractar es va doblegar 3,2 mm després de la impressió, que és molt més que la tolerància de 0,1 mm necessària per al muntatge.
Inici de les esquerdes: és probable que el lloc on s'acumuli la tensió sigui on comencen les esquerdes. Quan s'imprimeixen discos de turbina d'aliatge d'aliatge d'alta temperatura-níquel-, les peces no tractades tenen una taxa d'incidència d'esquerdes del 42%, però després del tractament tèrmic, baixa a menys del 2%.
Degradació del rendiment: l'estrès residual pot escurçar la vida útil dels materials. Els experiments han demostrat que l'estat no tractat dels components d'acer inoxidable 316L produeix una reducció del 60% de la vida útil a la fatiga de cicle elevat en comparació amb la condició posterior al tractament tèrmic.
2. La teoria tècnica i el procés de realització del tractament tèrmic d'alleujament d'estrès
La forma física de deixar anar la tensió
El tractament tèrmic d'alleujament d'estrès significa escalfar la peça a un determinat rang de temperatura (normalment de 0,4 a 0,6 vegades el punt de fusió) per fer que el material sigui molt flexible. A aquesta temperatura, la capacitat dels àtoms de moure's es millora i es reorganitzen petits defectes com les dislocacions i els forats, que allibera lentament l'estrès intern mitjançant una petita deformació plàstica. Prenent com a exemple l'aliatge a base de níquel Inconel 718, després de 4 hores d'aïllament a 620 graus, la seva tensió residual es pot reduir de 380 MPa a menys de 50 MPa.
Control exacte dels paràmetres del procés
Les principals coses que afecten el tractament tèrmic per alleujar l'estrès són la velocitat d'escalfament, la temperatura de l'aïllament, el temps que triga a aïllar-se i la forma en què es refreda:
Velocitat d'escalfament: no hauríeu d'escalfar massa ràpidament, ja que això podria generar més estrès. La velocitat d'escalfament de les peces d'aliatge d'alumini s'ha de mantenir a menys o igual a 10 graus / min.
Temperatura d'aïllament: generalment dissenyada per ser inferior a la temperatura a la qual es formen els cristalls. El rang de temperatura normal per al tractament tèrmic d'aliatge de titani Ti6Al4V és de 593 a 649 graus centígrads. Aquesta és la millor manera d'alleujar la tensió i millorar l'estructura del gra.
Com refredar: utilitzeu la refrigeració del forn o la refrigeració a velocitat controlada per evitar l'estrès addicional que prové d'un refredament massa ràpid. Una instància d'implant mèdic demostra que una tècnica de refrigeració per etapa (600 graus → 400 graus → temperatura ambient) pot regular la deformació dels components dins de 0,05 mm.
Beneficis d'un ambient de buit
El tractament tèrmic al buit s'ha convertit en la millor opció per a la-fabricació d'alta gamma, ja que elimina els riscos d'oxidació i contaminació. Les proves de TAV Vacuum Furnace Company han revelat que els components d'acer inoxidable 316L que es tracten tèrmicament-al buit tenen una superfície un 40% més llisa i una resistència a la corrosió un 25% millor que les peces que es tracten tèrmicament-a l'aire. A més, una atmosfera de buit pot aturar problemes com la fragilitat de l'hidrogen, cosa que la fa perfecta per a la indústria aeronàutica, on la puresa del material és molt important.
3. La utilitat del tractament tèrmic per alleujar l'estrès en el món real i en els negocis
Garantia de rendiment en la indústria aeroespacial
El tractament tèrmic d'alleujament de l'estrès és un pas important en la fabricació de pales de motor d'aviació, ja que assegura que les peces siguin fiables. GE Aviation ha millorat la tècnica de tractament tèrmic de manera que redueix l'estrès residual de les fulles d'aliatge-a base de níquel monocristal en un 75% i fa que durin tres vegades més. La vida de fatiga de baix cicle del disc de la turbina en un determinat tipus de motor turboventilador ha passat de 500 cicles a 2000 cicles després del tractament tèrmic. Això satisfà les necessitats d'un disseny de llarga-vida.
Millora de la biocompatibilitat dels implants mèdics
Els implants ortopèdics d'aliatge de titani han de ser alhora molt forts i molt flexibles. El tractament tèrmic d'alleujament de l'estrès pot reduir el mòdul elàstic dels implants i desfer-se de l'estrès de processament, cosa que pot ajudar a disminuir l'"efecte de protecció contra l'estrès". Les proves experimentals indiquen que el mòdul dels implants de Ti6Al4V després del-tractament tèrmic disminueix de 110 GPa a 85 GPa, alineant-se més amb el teixit ossi humà (10-30 GPa) i millorant substancialment la integració òssia.
Fabricació de motlles amb control precís
Quan s'imprimeix acer del motlle en 3D, el tractament tèrmic d'alleujament de l'estrès pot evitar que es produeixi la deformació tèrmica durant el procés d'impressió i assegurar-se que la cavitat del motlle té la mida adequada. Un cert cas de motlle d'automòbil indica que després del tractament tèrmic, la tolerància dimensional de la cavitat del motlle va de ± 0,1 mm a ± 0,02 mm, que és el que es necessita per a l'emmotllament per injecció de precisió. Al mateix temps, el tractament tèrmic pot fer que el motlle sigui més resistent al desgast, cosa que pot duplicar o triplicar la seva vida útil.