Com afecten els paràmetres del tractament tèrmic el rendiment final de la peça?

1. Paràmetre de temperatura: reconstrucció de la microestructura impulsada per transició de fase
Control de la temperatura de la solució sòlida i la composició de fases
La temperatura del tractament de la solució té un efecte directe sobre com es dissolen els elements d'aliatge a la matriu metàl·lica. El nucli de reforç de l'acer inoxidable 17-4PH imprès en 3D són les partícules de coure que cauen de la seva matriu martensítica. Quan la temperatura de la solució sòlida es manté entre 1040 i 1080 graus, l'element de coure es dissol completament a la matriu d'austenita, creant una solució sòlida sobresaturada. Si la temperatura és inferior a 1000 graus, les partícules de coure sobrants no enfortiran prou el material. Si la temperatura supera els 1100 graus, el material es tornarà menys robust perquè els grans es faran més grans. Segons la investigació de l'Institut de Metalls de l'Acadèmia Xinesa de Ciències, el tractament HIP a 950 graus pot ajudar a que la 'martensita canviï en una estructura de dues fases + a l'aliatge Ti6Al4V. Això augmenta l'allargament al 13,15% mentre es manté la resistència a 909,5MPa.
Millorar el comportament de la temperatura i les precipitacions de l'envelliment
El tractament del temps fa que les coses siguin més fortes mitjançant la gestió de la mida i la propagació de les partícules de la segona fase. L'equip de la Universitat de Tecnologia de Xangai va envellir l'aliatge CuCrZr fabricat per SLM a 500 graus durant 1 hora. Això va augmentar la seva resistència a la tracció de 460 MPa a 585 MPa i la seva conductivitat del 31% IACS al 64% IACS. El mecanisme d'enfortiment es basa en el fet que els àtoms de Cr surten de la matriu de coure durant el procés d'envelliment. Això crea partícules CrxZry a nanoescala que frenen la migració de la dislocació mitjançant el mecanisme d'enfortiment d'Orowan. A mesura que la temperatura d'envelliment puja fins als 550 graus, les fases precipitades són més gruixudes, la qual cosa fa que el material sigui més feble. No obstant això, el material es torna més dúctil, amb un augment del 20% de la ductilitat a causa d'una caiguda de la resistència al lliscament de la dislocació.
2. Paràmetre de temps: l'equilibri entre la correcció d'errors i el rendiment
Temps de retenció i eficàcia del tancament de porus
La durada de la retenció té un impacte directe en la reparació dels porus després del tractament HIP. La investigació sobre el procés HIP de l'aliatge Ti6Al4V mostra que a 920 graus / 140MPa, un tractament de 2 hores pot reduir la porositat del 0,8% al 0,02% i aconseguir una densitat del 99,99%; Si el temps de retenció s'amplia a 4 hores, la porositat disminueix encara més fins al 0,005%, però la mida del gra augmenta de 10 μ m a 15 μ m, donant lloc a una disminució del 8% de la força de fluència. Això vol dir que, tot i que el temps de retenció pot fer que les coses siguin més denses, també pot induir un creixement estrany del gra. Per tant, cal trobar un equilibri entre corregir defectes i mantenir el rendiment.
Cinètica de canvi de fase i temps d'aïllament
El temps d'aïllament del tractament de la solució sòlida ha d'assegurar-se que tots els elements d'aliatge queden completament dissolts. Per a l'aliatge d'alta temperatura-IN718 imprès en 3D-, mantenir-lo a 1080 graus durant 1 hora pot dissoldre totalment l'element Nb de la matriu. Si el període d'aïllament es redueix a 30 minuts, la fase d'enfortiment de '' no pot precipitar-se completament, cosa que fa que el rendiment de fluència a alta -temperatura caigui un 40%. El temps que el material està aïllat durant el tractament d'envelliment afecta la mida de les fases que es formen. Per exemple, després d'envellir a 720 graus durant 8 hores, la fase '' de l'aliatge 718 té una mida de 50 nm, que és la millor per a l'enfortiment. Després de 16 hores d'envelliment, la fase precipitada va créixer fins als 100 nm, la qual cosa va fer que la força caigués un 15%.
3. Velocitat de refrigeració: afinar l'organització i controlar l'estrès residual
La velocitat d'extinció i la producció de martensita
La velocitat a la qual es refreda el metall durant l'extinció influeix en quins productes de transició de fase tindrà. Per a l'acer per eines H13 imprès en 3D, la velocitat de refrigeració de l'extinció de l'oli de 50 graus / s pot fer que els fideus plans martensita amb una duresa de 52HRC. Si el refredeu amb aire (5 graus/s), es formarà l'estructura de bainita i la duresa baixarà a 40HRC. Tot i que l'extinció ràpida pot dificultar les coses, també pot provocar que s'esquerdin. Per trobar l'equilibri adequat entre la duresa i l'estrès residual, cal un tret gradual (per exemple, primer refredament a 600 graus i després refredament d'oli).
Una velocitat de refredament lenta i alleujament de l'estrès
La velocitat de refredament lenta durant el tractament de recuit té un efecte sobre com s'allibera l'estrès residual. Va trigar 2 hores a refredar l'aliatge d'alumini AlSi10Mg per a la impressió 3D de 300 graus a temperatura ambient a una velocitat de 5 graus / min. Això va reduir l'estrès residual en un 70%. Si la velocitat de refrigeració s'eleva a 20 graus/min, la tensió residual només baixarà un 30%. El refredament lent ajuda a la reordenació de la dislocació i la migració del límit del gra, la qual cosa alleuja l'estrès. No obstant això, una velocitat de refredament massa lenta pot fer que els grans es tornin més gruixuts, per la qual cosa es necessiten una configuració adequada d'optimització del material.
4. Optimització col·laborativa multi-paràmetres: de "assaig i error" a "control precís"
La tecnologia digital bessona impulsa la predicció de paràmetres
Siemens i Boeing van treballar junts per crear una plataforma bessona digital que pugui mostrar com canvien el camp de temperatura, el camp d'estrès i la microestructura de l'aliatge Ti6Al4V imprès en 3D durant el tractament HIP. El sistema pot esbrinar el millor mètode HIP (com ara 920 graus/140MPa/2h) tenint en compte coses com ara la porositat inicial i la mida del gra. Això pot fer que les peces durin tres vegades més i reduir el nombre de proves a la meitat.
Inversió de paràmetres amb l'ajuda de l'aprenentatge automàtic
GE Aviation utilitza tècniques d'aprenentatge automàtic per examinar 100.000 conjunts de dades de tractament tèrmic i crear un model de mapeig de "performance de la velocitat de refrigeració del temps de temperatura". Aquest model pot esbrinar la configuració del procés que funcionarà per a determinades necessitats de rendiment. Quan l'aliatge IN718 ha de mantenir una vida útil de 1000 hores a 650 graus, per exemple, el sistema suggereix un esquema de procés de 1080 graus / 1 h de solució sòlida +720 grau / 8 h d'envelliment. La vida útil mesurada és de 1200 hores.
5. Cas pràctic d'una indústria: anar del laboratori a la fàbrica
L'àmbit aeroespacial
Per millorar la impressió en 3D de discos de turbina d'aliatge d'alta-temperatura basats en níquel-, Rolls Royce adopta el tractament HIP. Les peces tractades amb HIP tenen una vida útil de 173 hores a una temperatura elevada de 1400 graus, que és més de les 50 hores que es necessitaven per als components essencials dels motors GE9X.
Àmbit dels implants mèdics
Després de 950 graus durant 4 hores de tractament HIP a l'implant d'articulació de maluc Ti6Al4V imprès en 3D de Johnson&Johnson, la seva resistència a la fatiga màxima va arribar als 550MPa (107 cicles), que és la mateixa que la condició de recuit forjat. Simultàniament, la rugositat superficial Ra<0.01 μm satisfied the biocompatibility criteria.