Các thông số xử lý nhiệt ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất của bộ phận cuối cùng?

1. Tham số nhiệt độ: tái cấu trúc vi mô được điều khiển bởi quá trình chuyển pha
Kiểm soát nhiệt độ dung dịch rắn và thành phần pha
Nhiệt độ của dung dịch xử lý có ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ hòa tan của các nguyên tố hợp kim trong nền kim loại. Lõi tăng cường của thép không gỉ 17{13}}4PH được in 3D là các hạt đồng rơi ra khỏi ma trận martensitic của nó. Khi nhiệt độ của dung dịch rắn được giữ trong khoảng từ 1040 đến 1080 độ, nguyên tố đồng hòa tan hoàn toàn trong nền austenit, tạo ra dung dịch rắn siêu bão hòa. Nếu nhiệt độ dưới 1000 độ, các hạt đồng còn sót lại sẽ không đủ độ bền cho vật liệu. Nếu nhiệt độ vượt quá 1100 độ, vật liệu sẽ trở nên kém bền hơn vì các hạt sẽ to hơn. Theo nghiên cứu của Viện Kim loại thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, việc xử lý HIP ở nhiệt độ 950 độ có thể giúp 'martensite thay đổi thành cấu trúc + hai pha trong hợp kim Ti6Al4V. Điều này làm tăng độ giãn dài lên 13,15% trong khi vẫn giữ cường độ chảy ở mức 909,5MPa.
Cải thiện hành vi nhiệt độ và lượng mưa của lão hóa
Việc xử lý theo thời gian làm cho mọi thứ trở nên mạnh mẽ hơn bằng cách quản lý kích thước và sự lan rộng của các hạt ở pha thứ hai. Nhóm Đại học Công nghệ Thượng Hải đã lão hóa hợp kim CuCrZr do SLM chế tạo ở nhiệt độ 500 độ trong 1 giờ. Điều này đã nâng độ bền kéo của nó từ 460 MPa lên 585 MPa và độ dẫn điện của nó từ 31% IACS lên 64% IACS. Cơ chế tăng cường dựa trên thực tế là các nguyên tử Cr thoát ra khỏi ma trận đồng trong quá trình lão hóa. Điều này tạo ra các hạt CrxZry có kích thước nano ngăn chặn sự di chuyển lệch vị trí thông qua cơ chế tăng cường Orowan. Khi nhiệt độ lão hóa tăng lên tới 550 độ, các pha kết tủa trở nên thô hơn, khiến vật liệu yếu hơn. Tuy nhiên, vật liệu trở nên dẻo hơn, với độ dẻo tăng 20% ​​do khả năng chống trượt do trật khớp giảm.
2. Tham số thời gian: Sự cân bằng giữa sửa lỗi và hiệu suất
Thời gian giữ và hiệu quả se khít lỗ chân lông
Thời gian giữ có tác động trực tiếp đến mức độ phục hồi của lỗ chân lông sau khi điều trị HIP. Nghiên cứu quy trình HIP của hợp kim Ti6Al4V cho thấy ở nhiệt độ 920 độ/140MPa, xử lý trong 2 giờ có thể giảm độ xốp từ 0,8% xuống 0,02% và đạt mật độ 99,99%; Nếu thời gian giữ kéo dài đến 4 giờ, độ xốp tiếp tục giảm xuống 0,005%, nhưng kích thước hạt tăng từ 10 μm lên 15 μm, dẫn đến cường độ năng suất giảm 8%. Điều này có nghĩa là mặc dù thời gian giữ lại có thể làm cho mọi thứ trở nên đặc hơn nhưng nó cũng có thể tạo ra sự phát triển của các hạt lạ. Vì vậy, cần phải tìm ra sự cân bằng giữa việc sửa lỗi và duy trì hiệu suất.
Động học của sự thay đổi pha và thời gian cách điện
Thời gian cách điện của quá trình xử lý dung dịch rắn phải đảm bảo rằng tất cả các nguyên tố hợp kim được hòa tan hoàn toàn. Đối với hợp kim nhiệt độ cao IN718-được in 3D-IN718, việc giữ nó ở 1080 độ trong 1 giờ có thể hòa tan hoàn toàn phần tử Nb trong ma trận. Nếu thời gian cách nhiệt giảm xuống còn 30 phút thì giai đoạn tăng cường '' không thể kết tủa hoàn toàn, điều này khiến cho-hiệu suất rão ở nhiệt độ cao giảm 40%. Khoảng thời gian vật liệu được cách nhiệt trong quá trình xử lý lão hóa sẽ ảnh hưởng đến kích thước của các pha hình thành. Ví dụ, sau khi lão hóa ở nhiệt độ 720 độ trong 8 giờ, pha '' trong hợp kim 718 có kích thước 50nm, đây là pha tốt nhất để tăng cường. Sau 16 giờ lão hóa, pha kết tủa tăng lên 100nm, khiến độ bền giảm 15%.
3. Tốc độ hạ nhiệt: tinh chỉnh tổ chức và kiểm soát ứng suất dư
Tốc độ làm nguội và sản xuất martensite
Tốc độ kim loại nguội đi trong quá trình làm nguội ảnh hưởng đến sản phẩm chuyển pha mà nó sẽ có. Đối với thép công cụ H13 được in 3D, tốc độ làm nguội bằng dầu là 50 độ/s có thể tạo ra mì martensite dẹt có độ cứng 52HRC. Nếu bạn làm nguội nó bằng không khí (5 độ/s), cấu trúc bainite sẽ hình thành và độ cứng sẽ giảm xuống 40HRC. Mặc dù việc làm nguội nhanh có thể khiến mọi thứ khó khăn hơn nhưng nó cũng có thể khiến chúng bị nứt. Để tìm được sự cân bằng phù hợp giữa độ cứng và ứng suất dư, cần phải làm nguội theo cấp độ (ví dụ, làm mát đầu tiên đến 600 độ và sau đó làm mát bằng dầu).
Tốc độ làm mát chậm và giảm căng thẳng
Tốc độ làm nguội chậm trong quá trình xử lý ủ có ảnh hưởng đến mức độ giải phóng ứng suất dư. Phải mất 2 giờ để làm nguội hợp kim nhôm AlSi10Mg để in 3D từ 300 độ xuống nhiệt độ phòng với tốc độ 5 độ/phút. Điều này làm giảm 70% ứng suất dư. Nếu tốc độ làm nguội tăng lên 20 độ/phút thì ứng suất dư sẽ chỉ giảm 30%. Làm mát chậm giúp sắp xếp lại vị trí sai lệch và di chuyển ranh giới hạt, giúp giảm bớt căng thẳng. Tuy nhiên, tốc độ làm nguội quá chậm có thể khiến các hạt trở nên thô hơn, do đó cần có các cài đặt tối ưu hóa vật liệu phù hợp.
4. Tối ưu hóa cộng tác đa{1}}thông số: từ "thử và sai" đến "kiểm soát chính xác"
Dự đoán tham số ổ đĩa công nghệ song sinh kỹ thuật số
Siemens và Boeing đã hợp tác để tạo ra một nền tảng song sinh kỹ thuật số có thể cho thấy trường nhiệt độ, trường ứng suất và cấu trúc vi mô của hợp kim Ti6Al4V được in 3D thay đổi như thế nào trong quá trình xử lý HIP. Hệ thống có thể tìm ra phương pháp HIP tốt nhất (chẳng hạn như 920 độ /140MPa/2h) bằng cách tính đến những thứ như độ xốp ban đầu và kích thước hạt. Điều này có thể làm cho các bộ phận bền hơn gấp ba lần và giảm số lượng thử nghiệm xuống một nửa.
Đảo ngược tham số với sự trợ giúp của học máy
GE Aviation sử dụng kỹ thuật máy học để xem xét 100.000 bộ dữ liệu xử lý nhiệt và tạo ra mô hình ánh xạ "hiệu suất tốc độ làm mát theo thời gian nhiệt độ". Mô hình này có thể tìm ra các cài đặt quy trình sẽ hoạt động cho các nhu cầu hiệu suất nhất định. Ví dụ: khi hợp kim IN718 cần duy trì tuổi thọ 1000 giờ ở 650 độ, hệ thống sẽ đề xuất sơ đồ quy trình lão hóa dung dịch rắn 1080 độ /1h +720 độ /8h. Tuổi thọ leo đo được là 1200 giờ.
5. Case Study của một ngành: Đi từ phòng thí nghiệm đến nhà máy
Lĩnh vực hàng không vũ trụ
Để cải thiện khả năng in 3D của đĩa tuabin hợp kim nhiệt độ cao-làm bằng niken, Rolls Royce áp dụng phương pháp xử lý HIP. Các bộ phận được xử lý bằng HIP có thời gian sử dụng là 173 giờ ở nhiệt độ cao 1400 độ, nhiều hơn 50 giờ cần thiết cho các bộ phận thiết yếu của động cơ GE9X.
Lĩnh vực cấy ghép y tế
Sau 950 độ trong 4 giờ xử lý HIP trên bộ cấy khớp hông Ti6Al4V được in 3D của Johnson&Johnson, độ bền mỏi tối đa của nó đạt tới 550MPa (107 chu kỳ), giống như điều kiện ủ rèn. Đồng thời độ nhám bề mặt Ra<0.01 μm satisfied the biocompatibility criteria.