Hvordan påvirker varmebehandlingsparametre den endelige delydelse?

1. Temperaturparameter: mikrostrukturrekonstruktion drevet af faseovergang
Kontrol af fast opløsnings temperatur og fasesammensætning
Temperaturen af ​​opløsningsbehandlingen har en direkte effekt på, hvor godt legeringselementer opløses i metalmatrixen. Den styrkende kerne i 3D-printet 17-4PH rustfrit stål er kobberpartiklerne, der falder ud af dets martensitiske matrix. Når temperaturen af ​​den faste opløsning holdes mellem 1040 og 1080 grader, opløses kobberelementet fuldstændigt i austenitmatrixen, hvilket skaber en overmættet fast opløsning. Hvis temperaturen er under 1000 grader, vil resterende kobberpartikler ikke styrke materialet nok. Hvis temperaturen kommer over 1100 grader, bliver materialet mindre robust, fordi kornene bliver større. Ifølge forskning fra Institute of Metals ved det kinesiske videnskabsakademi kan HIP-behandling ved 950 grader hjælpe 'martensitten til at ændre sig til en + tofaset struktur i Ti6Al4V-legeringen. Dette øger forlængelsen til 13,15%, mens flydespændingen holdes på 909,5 MPa.
Forbedring af temperatur- og nedbørsadfærd ved aldring
Tidsbehandling gør tingene stærkere ved at styre størrelsen og spredningen af ​​anden fase partikler. Shanghai University of Technology-teamet ældede CuCrZr-legeringen lavet af SLM ved 500 grader i 1 time. Dette hævede dens trækstyrke fra 460 MPa til 585 MPa og dens ledningsevne fra 31 % IACS til 64 % IACS. Forstærkningsmekanismen er baseret på, at Cr-atomer kommer ud af kobbermatrixen under ældningsprocessen. Dette skaber nanoskala CrxZry-partikler, der stopper dislokationsmigrering gennem Orowan-forstærkningsmekanismen. Da ældningstemperaturen går op til 550 grader, er de udfældede faser grovere, hvilket gør materialet svagere. Materialet bliver dog mere duktilt, med en stigning på 20 % i duktiliteten på grund af et fald i dislokationsskridsikkerheden.
2. Tidsparameter: Balancen mellem at rette fejl og ydeevne
Tid til at holde og effektiviteten af ​​porelukningen
Holdevarigheden har direkte indflydelse på, hvor godt porerne repareres efter HIP-behandling. Forskning i HIP-processen af ​​Ti6Al4V-legering viser, at ved 920 grader /140MPa kan en 2-timers behandling reducere porøsiteten fra 0,8% til 0,02% og opnå en tæthed på 99,99%; Hvis holdetiden forlænges til 4 timer, falder porøsiteten yderligere til 0,005 %, men kornstørrelsen øges fra 10 μm til 15 μm, hvilket resulterer i et fald på 8 % i flydespænding. Det betyder, at mens holdetiden kan gøre tingene tættere, kan det også fremkalde mærkelig kornvækst. Så der skal findes en balance mellem at rette defekter og holde ydeevnen oppe.
Kinetik af faseændring og isoleringstid
Den faste opløsnings isoleringstid bør sikre, at alle legeringselementerne er fuldstændigt opløst. For 3D--printet IN718-høj--legering, ved at holde den ved 1080 grader i 1 time, kan Nb-elementet fuldstændigt opløses i matrixen. Hvis isoleringsperioden skæres ned til 30 minutter, kan forstærkningsfasen af ​​'' ikke udfældes helt, hvilket får høje-krybeydelsen til at falde med 40 %. Den tid, hvor materialet er isoleret under ældningsbehandlingen, påvirker størrelsen af ​​de faser, der dannes. For eksempel, efter ældning ved 720 grader i 8 timer, er ''-fasen i 718-legering 50nm i størrelse, hvilket er det bedste til at styrke. Efter 16 timers ældning voksede den udfældede fase til 100nm, hvilket fik styrken til at falde med 15%.
3. Afkølingshastighed: raffinering af organisationen og kontrol af den resterende stress
Slukningshastigheden og produktionen af ​​martensit
Den hastighed, hvormed metallet afkøles under bratkøling, påvirker hvilke faseovergangsprodukter det vil have. For 3D-printet H13-værktøjsstål kan olieslukningsafkølingshastigheden på 50 grader /s gøre flade nudler til martensit med en hårdhed på 52HRC. Hvis du køler det ned med luft (5 grader /s), vil bainitstrukturen dannes, og hårdheden falder til 40HRC. Selvom hurtig slukning kan gøre tingene sværere, kan det også få dem til at revne. For at finde den rette balance mellem hårdhed og restspænding er der behov for gradueret bratkøling (f.eks. først afkøling til 600 grader og derefter oliekøling).
En langsom afkølingshastighed og afspænding
Den langsomme afkølingshastighed under udglødningsbehandling har betydning for, hvordan restspænding frigives. Det tog 2 timer at afkøle AlSi10Mg-aluminiumslegeringen til 3D-printning fra 300 grader til stuetemperatur med en hastighed på 5 grader/min. Dette reducerede restspændingen med 70%. Hvis afkølingshastigheden hæves til 20 grader /min, vil restspændingen kun falde med 30%. Langsom afkøling hjælper med at omorganisere dislokation og migration af korngrænser, hvilket lindrer stress. En for langsom afkølingshastighed kan dog få korn til at blive grovere, derfor er passende materialeoptimeringsindstillinger nødvendige.
4. Samarbejdsoptimering med flere-parametre: fra "trial and error" til "præcis kontrol"
Digital tvillingteknologi driver parameterforudsigelse
Siemens og Boeing arbejdede sammen om at lave en digital tvillingplatform, der kan vise, hvordan temperaturfeltet, stressfeltet og mikrostrukturen af ​​3D-printet Ti6Al4V-legering ændrer sig under HIP-behandling. Systemet kan finde ud af den bedste HIP-metode (såsom 920 grader /140MPa/2h) ved at tage hensyn til ting som startporøsitet og kornstørrelse. Dette kan få delene til at holde tre gange længere og halvere antallet af testninger.
Parameterinversion ved hjælp af maskinlæring
GE Aviation anvender maskinlæringsteknikker til at se på 100.000 sæt varmebehandlingsdata og skabe en kortlægningsmodel for "temperatur-tid, kølehastighedsydelse". Denne model kan finde ud af procesindstillinger, der vil fungere til bestemte præstationsbehov. Når IN718-legering skal holde en krybelevetid på 1000 timer ved 650 grader, for eksempel, foreslår systemet et processkema på 1080 grader /1h fast opløsning+720 grad /8t aldring. Den målte krybelevetid er 1200 timer.
5. Casestudie af en industri: at gå fra laboratoriet til fabrikken
Området for rumfart
For at forbedre 3D-printningen af ​​nikkel-baserede-højtemperaturlegerede turbineskiver, anvender Rolls Royce HIP-behandling. Dele behandlet med HIP har en krybelevetid på 173 timer ved en høj temperatur på 1400 grader, hvilket er mere end de 50 timer, der var nødvendige for væsentlige komponenter i GE9X-motorer.
Feltet for medicinske implantater
Efter 950 grader i 4 timers HIP-behandling på det 3D-printede Ti6Al4V hofteledsimplantat fra Johnson&Johnson nåede dets maksimale træthedsstyrke 550 MPa (107 cyklusser), hvilket er det samme som den smedede udglødede tilstand. Samtidig vil overfladeruheden Ra<0.01 μm satisfied the biocompatibility criteria.