Vil varmebehandling påvirke delenes dimensionelle nøjagtighed?

一, Den vigtigste måde, hvorpå varmebehandling ændrer størrelsen på ting
1. At give slip på restspænding og termisk stress
Metal 3D-printmetoden opvarmer og afkøler hurtigt materialet, hvilket forårsager intern gitterforvrængning og resterende stress. For at lindre stress gennem gitterafspænding er varmebehandling opvarmning til en temperatur under omkrystallisationstemperaturen (for eksempel at holde titanlegering ved 800 grader i 2 timer). Men ujævnheden af ​​stressfrigivelse kan fremkalde lokal deformation. For eksempel, hvis designet af støttestrukturen for turbineblade til flymotorer ikke er godt, kan fjernelse af støtten efter varmebehandling medføre lokal spændingskoncentration og vridning af bladkanten med en deformation på 0,1-0,3 mm.
2. Ændring i volumen på grund af en faseændring
Under varmebehandling kan materialer ændre faser (sådan martensitisk transformation), som kan få deres volumen til at vokse eller skrumpe. For eksempel kan nikkel-baserede høj-temperaturlegeringer skifte fra austenit til martensit, hvis afkølingshastigheden er for høj efter opløsningsbehandling (1080 grader i 1 time). Dette kan medføre, at dele, der er trykt med laserpulverbedsmeltning (LPBF), udvides i volumen og ændres i størrelse. Eksperimentelle data indikerer, at den kritiske dimensionsfejl for komponenter, der mangler en reguleret afkølingshastighed, kan opnå ± 0,05 mm efter-varmebehandling ud over de tilladte grænser fastsat af luftfartsstandarder.
3. Vækst af korn og homogenitet af væv
Styring af opvarmningshastigheden og holdetiden under varmebehandling kan forbedre vævets ensartethed og kornstørrelse. Men hvis kornene vokser ujævnt, kan det forårsage forskellige mængder af svind forskellige steder. For eksempel hæver opvarmning af kontinuerlig kulfiberforstærket komposit (CCFRC) til 100 grader dens matrixkrystallinitet fra 17,42 % til 22,76 %. Men hvis fibrene ikke er jævnt fordelt, kan det skabe en størrelsesforskel på 0,02 til 0,05 mm, hvilket ville gøre det sværere at sætte tingene sammen korrekt.
2, Et almindeligt eksempel: varmebehandling har to effekter på dimensionel nøjagtighed
1. Luftfart: at finde den rette balance mellem høj nøjagtighed og høj ydeevne
Boeing laver flybeslag ved hjælp af LPBF-teknologi, men de skal varme-behandles for at øge deres trækstyrke til 520 MPa. Men efter varmebehandling bliver det svært at holde stykkernes dimensioner stabile. Gør følgende for at få præcis kontrol:
Præ-deformationskompensation: Brug omvendt præ-deformation på den originale model for at få den kompenserede model tættere på den optimale størrelse efter varmebehandling. Dette vil øge udskrivningsnøjagtigheden med 66,2 %.
Segmenteret opvarmning og afkøling: Brug af en faset opvarmningstilgang (holdes ved 50 grader i 30 minutter) og forsinket afkøling (luftkøling efter ovnafkøling til 200 grader) for at reducere termisk stress produceret af temperaturgradienter, med deformation reguleret inden for ± 0,03 mm.
2. Medicinske implantater: kombinationen af ​​biokompatibilitet og dimensionel korrekthed
Ved 3D-printning af acetabulære kopper af titaniumlegering skal overfladens mikroporøse struktur (5-10 μm) være meget præcis med hensyn til størrelse. En bestemt virksomhed opnår præcis kontrol med den kombinerede metode til "afspændingsudglødning + syreætsning":
Spændingsreduktionsudglødning: Hold ved 650 grader i 2 timer for at slippe af med eventuelle resterende trykbelastninger og gøre størrelsesændringer mindre sandsynlige under den næste syreætsning.
Syreætsningsbehandling: Brug en blanding af flussyre og salpetersyreopløsning til at ætse i 10 minutter for at lave homogene mikroporer. Dette vil forhindre spændingsfrigivelse i at forårsage lokal korrosion. Størrelsesforskelle bør holdes inden for ± 0,02 mm.
3. Industrielle forme: At finde den rigtige balance mellem omkostninger og brug
Gennem proceduren "solid solution+aging" til varmebehandling har en specifik virksomhed gjort aluminiumslegeringsforme hårdere til 120HB. Men de skal finde et kompromis mellem omkostninger og nøjagtighed:
Den omkostningseffektive metode er kun at sandblæse (Ra-værdi mindre end eller lig med 3,2 μm) delene for at opfylde de typiske plaststøbningsbehov. Dette reducerer prisen på hvert stykke med 40%, men dimensionerne er ikke særlig stabile.
Høj-løsning: Øg CNC-præcisionsbearbejdning (Ra-værdi mindre end eller lig med 0,8 μm), hvilket er godt til formdele, der skal være meget skinnende eller klare. Dette vil tredoble behandlingstiden, men dimensionsnøjagtigheden vil være ± 0,01 mm.
3, Strategi for styring af dimensionsnøjagtighed: forbedring af processer og fremkomst af nye teknologier
1. Matchende procesparametre: få varmebehandlings- og trykprocesserne til at fungere sammen
Indstillingerne for varmebehandlingen skal være de samme som for 3D-printprocessen, såsom temperaturen og afkølingshastigheden. For eksempel, hvis du udskriver Inconel 718 legering ved hjælp af LPBF, og tryklaget er 0,05 mm tykt, skal du bruge en 1150 graders opløsningsbehandling og en 720 graders ældningsbehandling for at minimere revner og dimensionsændringer, der sker, når materialet afkøles for hurtigt. Test har vist, at matchende parametre kan få dele til at holde tre gange længere og gøre deres dimensioner mere stabile med 50 %.
2. Smart termisk styringssystem: holder øje med tingene i realtid og foretager ændringer efter behov
Ved hjælp af infrarøde sensorer og temperaturfeedback-kontrol gør det intelligente termiske styringssystem det termiske felt mere ensartet. AI-systemet lavet af Platinum Technology kan ændre laserkraften og scanningshastigheden i realtid. Dette forhindrer, at temperaturen ændrer sig for meget under udskrivning af titanlegeringsbeslag og holder den inden for ± 5 grader. Efter varmebehandling reducerer systemet også dimensionsafvigelsen fra ± 0,05 mm til ± 0,02 mm.
3. Nye måder at varmebehandle ting på: lokal opvarmning og kompositprocessen
Lokal varmebehandling: Induktionsopvarmning eller laser lokal varmebehandling bruges på store stykker for at forhindre, at de bliver deformeret, når de opvarmes over det hele. Gennem lokal løsningsbehandling har et specifikt luftfartsbeslag nået en trækstyrke på 520MPa og dimensionsstabilitet bedre end ± 0,03 mm.
Sammensat proces: Brug af varmebehandling og varm isostatisk presning (HIP) sammen for at slippe af med interne fejl og forbedre strukturen. Træthedslevetiden for turbineblade til GE-luftfartsmotorer er tre gange længere efter HIP-behandling, og den dimensionelle deformation holdes under 0,05 %.