Xử lý nhiệt có ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước của các bộ phận không?

一, Cách chính mà việc xử lý nhiệt làm thay đổi kích thước của đồ vật
1. Loại bỏ ứng suất dư và ứng suất nhiệt
Phương pháp in 3D kim loại làm nóng và làm nguội vật liệu một cách nhanh chóng, gây ra biến dạng mạng bên trong và ứng suất dư. Để giảm bớt căng thẳng thông qua việc thư giãn mạng, xử lý nhiệt là làm nóng đến nhiệt độ dưới nhiệt độ kết tinh lại (ví dụ, giữ hợp kim titan ở 800 độ trong 2 giờ). Nhưng sự giải phóng ứng suất không đồng đều có thể gây ra biến dạng cục bộ. Ví dụ, nếu thiết kế cấu trúc đỡ cho các cánh tuabin động cơ máy bay không tốt thì việc loại bỏ giá đỡ sau khi xử lý nhiệt có thể gây ra sự tập trung ứng suất cục bộ và cong vênh mép cánh, với độ biến dạng 0,1–0,3mm.
2. Thay đổi âm lượng do thay đổi pha
Trong quá trình xử lý nhiệt, vật liệu có thể thay đổi các pha (chẳng hạn như biến đổi martensitic), có thể khiến thể tích của chúng tăng lên hoặc co lại. Ví dụ: hợp kim nhiệt độ cao-làm từ niken-có nhiệt độ cao{2}}có thể thay đổi từ austenite thành martensite nếu tốc độ làm nguội quá nhanh sau khi xử lý bằng dung dịch (1080 độ trong 1 giờ). Điều này có thể khiến các bộ phận được in bằng phương pháp nấu chảy bột bột bằng laser (LPBF) giãn nở về thể tích và thay đổi kích thước. Dữ liệu thử nghiệm chỉ ra rằng sai số kích thước tới hạn của các bộ phận không có tốc độ làm mát được quy định có thể đạt tới ± 0,05mm sau quá trình xử lý nhiệt, vượt quá giới hạn cho phép do tiêu chuẩn hàng không thiết lập.
3. Sự phát triển của hạt và tính đồng nhất của mô
Kiểm soát tốc độ gia nhiệt và thời gian giữ trong quá trình xử lý nhiệt có thể cải thiện tính đồng nhất của mô và kích thước hạt. Nhưng nếu các hạt phát triển không đều, nó có thể gây ra mức độ co rút khác nhau ở những nơi khác nhau. Ví dụ, nung nóng hỗn hợp gia cố bằng sợi carbon liên tục (CCFRC) lên 100 độ sẽ làm tăng độ kết tinh nền của nó từ 17,42% lên 22,76%. Nhưng nếu các sợi không cách đều nhau, nó có thể tạo ra chênh lệch kích thước từ 0,02 đến 0,05 mm, điều này sẽ khiến việc lắp đặt mọi thứ lại với nhau một cách chính xác trở nên khó khăn hơn.
2, Một ví dụ phổ biến: xử lý nhiệt có hai ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước
1. Hàng không vũ trụ: tìm kiếm sự cân bằng phù hợp giữa độ chính xác cao và hiệu suất cao
Boeing chế tạo các giá đỡ máy bay sử dụng công nghệ LPBF, tuy nhiên, chúng cần được xử lý nhiệt-để tăng độ bền kéo lên 520MPa. Nhưng sau khi xử lý nhiệt, việc giữ kích thước của các mảnh trở nên khó ổn định. Để có được sự kiểm soát chính xác, hãy làm như sau:
Bù biến dạng trước{0}}: Sử dụng biến dạng trước{1}}ngược lại trên mô hình ban đầu để đưa mô hình đã bù gần với kích thước tối ưu sau khi xử lý nhiệt. Điều này sẽ nâng cao độ chính xác khi in lên 66,2%.
Làm nóng và làm mát theo từng giai đoạn: Sử dụng phương pháp gia nhiệt theo từng giai đoạn (giữ ở 50 độ trong 30 phút) và làm mát chậm (làm mát không khí sau khi làm mát lò đến 200 độ) để giảm ứng suất nhiệt do gradient nhiệt độ tạo ra, với độ biến dạng được điều chỉnh trong phạm vi ± 0,03mm.
2. Cấy ghép y tế: sự kết hợp giữa tính tương thích sinh học và tính chính xác về kích thước
Khi in 3D cốc acetabular bằng hợp kim titan, cấu trúc xốp siêu nhỏ trên bề mặt (5–10 μm) phải rất chính xác về mặt kích thước. Một công ty cụ thể có được sự kiểm soát chính xác bằng phương pháp kết hợp "ủ giảm căng thẳng + khắc axit":
Ủ giảm ứng suất: Giữ ở nhiệt độ 650 độ trong 2 giờ để loại bỏ mọi ứng suất in còn sót lại và làm cho việc thay đổi kích thước ít xảy ra hơn trong lần khắc axit tiếp theo.
Xử lý khắc axit: Dùng hỗn hợp axit hydrofluoric và dung dịch axit nitric để khắc trong 10 phút để tạo thành các vi lỗ đồng nhất. Điều này sẽ ngăn chặn sự giải phóng ứng suất gây ra sự ăn mòn cục bộ. Sự khác biệt về kích thước phải được giữ trong khoảng ± 0,02 mm.
3. Khuôn mẫu công nghiệp: Tìm sự cân bằng hợp lý giữa chi phí và công dụng
Thông qua quy trình xử lý nhiệt "dung dịch rắn+lão hóa", một công ty cụ thể đã chế tạo khuôn hợp kim nhôm cứng hơn tới 120HB. Tuy nhiên, họ cần tìm sự thỏa hiệp giữa chi phí và độ chính xác:
Phương pháp hiệu quả về mặt chi phí là chỉ phun cát (giá trị Ra nhỏ hơn hoặc bằng 3,2 μ m) các bộ phận để đáp ứng nhu cầu đúc nhựa thông thường. Điều này giúp giảm 40% chi phí của mỗi sản phẩm, nhưng kích thước không ổn định lắm.
Giải pháp hiệu suất-cao: Tăng độ chính xác khi gia công CNC (Giá trị Ra nhỏ hơn hoặc bằng 0,8 μ m), rất tốt cho các bộ phận khuôn cần rất sáng bóng hoặc trong suốt. Điều này sẽ tăng gấp ba lần thời gian xử lý, nhưng độ chính xác kích thước sẽ là ± 0,01mm.
3, Chiến lược kiểm soát độ chính xác kích thước: cải tiến quy trình và đưa ra các công nghệ mới
1. Phù hợp với các thông số quy trình: làm cho quy trình xử lý nhiệt và in hoạt động cùng nhau
Các cài đặt cho quá trình xử lý nhiệt phải giống với cài đặt cho quy trình in 3D, chẳng hạn như nhiệt độ và tốc độ làm mát. Ví dụ: nếu bạn in hợp kim Inconel 718 sử dụng LPBF và lớp in dày 0,05mm, bạn cần sử dụng phương pháp xử lý dung dịch 1150 độ và xử lý lão hóa 720 độ để giảm thiểu các vết nứt và thay đổi kích thước xảy ra khi vật liệu nguội quá nhanh. Các thử nghiệm đã chỉ ra rằng các thông số phù hợp có thể làm cho các bộ phận bền hơn gấp ba lần và làm cho kích thước của chúng ổn định hơn 50%.
2. Hệ thống quản lý nhiệt thông minh: theo dõi mọi thứ theo thời gian thực và thực hiện các thay đổi khi cần thiết
Sử dụng cảm biến hồng ngoại và điều khiển phản hồi nhiệt độ, hệ thống quản lý nhiệt thông minh giúp trường nhiệt đồng đều hơn. Hệ thống AI do Platinum Technology sản xuất có thể thay đổi công suất laser và tốc độ quét theo thời gian thực. Điều này giúp nhiệt độ không thay đổi quá nhiều trong quá trình in giá đỡ bằng hợp kim titan, giữ nhiệt độ trong khoảng ± 5 độ. Sau khi xử lý nhiệt, hệ thống cũng giảm độ lệch kích thước từ ± 0,05mm xuống còn ± 0,02mm.
3. Những cách mới để xử lý nhiệt: gia nhiệt cục bộ và quy trình tổng hợp
Xử lý nhiệt cục bộ: Gia nhiệt cảm ứng hoặc xử lý nhiệt cục bộ bằng laser được sử dụng trên các chi tiết lớn để giữ cho chúng không bị biến dạng khi được nung nóng toàn bộ. Thông qua xử lý dung dịch cục bộ, một khung hàng không cụ thể đã đạt được độ bền kéo 520MPa và độ ổn định kích thước tốt hơn ± 0,03mm.
Quy trình tổng hợp: sử dụng xử lý nhiệt và ép đẳng tĩnh nóng (HIP) cùng nhau để loại bỏ các khuyết tật bên trong và cải thiện cấu trúc. Tuổi thọ mỏi của cánh tuabin động cơ hàng không GE dài hơn ba lần sau khi xử lý HIP và độ biến dạng kích thước được giữ ở mức dưới 0,05%.