Hvordan påvirker varmebehandlingsparametere den endelige delenytelsen?

1. Temperaturparameter: mikrostrukturrekonstruksjon drevet av faseovergang
Kontroll av fast løsnings temperatur og fasesammensetning
Temperaturen på løsningsbehandlingen har en direkte effekt på hvor godt legeringselementer løses opp i metallmatrisen. Den styrkende kjernen i 3D-trykt 17-4PH rustfritt stål er kobberpartiklene som faller ut av dens martensittiske matrise. Når temperaturen på den faste løsningen holdes mellom 1040 og 1080 grader, oppløses kobberelementet fullstendig i austenittmatrisen, og skaper en overmettet fast løsning. Hvis temperaturen er under 1000 grader, vil ikke gjenværende kobberpartikler styrke materialet nok. Går temperaturen over 1100 grader vil materialet bli mindre robust fordi kornene blir større. I følge forskning fra Institute of Metals ved det kinesiske vitenskapsakademiet, kan HIP-behandling ved 950 grader hjelpe 'martensitten til å endre seg til en + tofasestruktur i Ti6Al4V-legeringen. Dette øker forlengelsen til 13,15 % samtidig som flytegrensen holdes på 909,5 MPa.
Forbedring av temperatur- og nedbørsadferd ved aldring
Tidsbehandling gjør ting sterkere ved å håndtere størrelsen og spredningen av andrefasepartiklene. Shanghai University of Technology-teamet eldet CuCrZr-legeringen laget av SLM ved 500 grader i 1 time. Dette økte strekkstyrken fra 460 MPa til 585 MPa og ledningsevnen fra 31 % IACS til 64 % IACS. Forsterkningsmekanismen er basert på at Cr-atomer kommer ut av kobbermatrisen under aldringsprosessen. Dette skaper nanoskala CrxZry-partikler som stopper dislokasjonsmigrasjon gjennom Orowan-forsterkningsmekanismen. Ettersom aldringstemperaturen går opp til 550 grader, blir de utfelte fasene grovere, noe som gjør materialet svakere. Imidlertid blir materialet mer duktilt, med en 20 % økning i duktilitet på grunn av et fall i dislokasjonssklisikkerhet.
2. Tidsparameter: Balansen mellom å fikse feil og ytelse
Tid til å holde og effektiviteten av porelukking
Holdevarigheten har direkte innvirkning på hvor godt porene repareres etter HIP-behandling. Forskning på HIP-prosessen til Ti6Al4V-legering viser at ved 920 grader /140MPa kan en 2-timers behandling redusere porøsiteten fra 0,8 % til 0,02 % og oppnå en tetthet på 99,99 %; Hvis holdetiden forlenges til 4 timer, synker porøsiteten ytterligere til 0,005 %, men kornstørrelsen øker fra 10 μm til 15 μm, noe som gir en 8 % reduksjon i flytegrense. Dette betyr at mens holdetiden kan gjøre ting tettere, kan det også indusere merkelig kornvekst. Så det må finnes en balanse mellom å fikse defekter og å holde ytelsen oppe.
Kinetikk av faseendring og isolasjonstid
Den faste løsningens isolasjonstid bør sørge for at alle legeringselementene er fullstendig oppløst. For 3D--trykt IN718-legering med høy-temperatur kan det å holde den på 1080 grader i 1 time fullstendig løse opp Nb-elementet i matrisen. Hvis isolasjonsperioden kuttes ned til 30 minutter, kan ikke forsterkningsfasen av '' falle helt ut, noe som gjør at krypeytelsen ved høye-temperaturer faller med 40 %. Hvor lang tid materialet er isolert under aldringsbehandling påvirker størrelsen på fasene som dannes. For eksempel, etter aldring ved 720 grader i 8 timer, er ''-fasen i 718-legering 50nm i størrelse, som er best for å styrke. Etter 16 timers aldring vokste den utfelte fasen til 100 nm, noe som gjorde at styrken sank med 15 %.
3. Avkjølingshastighet: raffinering av organisasjonen og kontroll av gjenværende stress
Frekvensen for bråkjøling og produksjon av martensitt
Hastigheten som metallet avkjøles med under bråkjøling påvirker hvilke faseovergangsprodukter det vil ha. For 3D-printet H13-verktøystål kan oljeslukningsavkjølingshastigheten på 50 grader /s gjøre flate nudler til martensitt med en hardhet på 52HRC. Kjøler du den ned med luft (5 grader /s), vil bainittstrukturen dannes og hardheten falle til 40HRC. Selv om rask slukking kan gjøre ting vanskeligere, kan det også føre til at de sprekker. For å finne den rette balansen mellom hardhet og restspenning er det nødvendig med gradert bråkjøling (for eksempel først kjøling til 600 grader og deretter oljekjøling).
En langsom avkjølingshastighet og stressavlastning
Den svake kjølehastigheten under glødebehandling har betydning for hvordan restspenning frigjøres. Det tok 2 timer å avkjøle AlSi10Mg-aluminiumslegeringen for 3D-utskrift fra 300 grader til romtemperatur med en hastighet på 5 grader/min. Dette reduserte restspenningen med 70 %. Hvis kjølehastigheten økes til 20 grader /min, vil restspenningen kun synke med 30 %. Langsom avkjøling hjelper omorganisering av dislokasjoner og migrering av korngrenser, noe som lindrer stress. En for langsom avkjølingshastighet kan imidlertid føre til at korn blir grovere, derfor er det nødvendig med passende materialoptimaliseringsinnstillinger.
4. Samarbeidsoptimalisering med flere-parametere: fra "prøving og feiling" til "nøyaktig kontroll"
Digital tvillingteknologi driver parameterprediksjon
Siemens og Boeing jobbet sammen for å lage en digital tvillingplattform som kan vise hvordan temperaturfeltet, stressfeltet og mikrostrukturen til 3D-trykt Ti6Al4V-legering endres under HIP-behandling. Systemet kan finne ut den beste HIP-metoden (for eksempel 920 grader /140MPa/2t) ved å ta hensyn til ting som startporøsitet og kornstørrelse. Dette kan få delene til å vare tre ganger lenger og halvere antallet testing.
Parameterinversjon ved hjelp av maskinlæring
GE Aviation bruker maskinlæringsteknikker for å se på 100 000 sett med varmebehandlingsdata og lage en kartleggingsmodell for "temperatur-tid-kjølehastighetsytelse". Denne modellen kan finne ut prosessinnstillinger som vil fungere for visse ytelsesbehov. Når IN718-legering trenger å holde en krypelevetid på 1000 timer ved 650 grader, for eksempel, foreslår systemet et prosessskjema på 1080 grader /1t fast løsning+720 grad /8t aldring. Den målte krypetiden er 1200 timer.
5. Casestudie av en industri: å gå fra laboratoriet til fabrikken
Feltet for romfart
For å forbedre 3D-utskriften av nikkel-baserte-høytemperaturlegerte turbinskiver, tar Rolls Royce i bruk HIP-behandling. Deler behandlet med HIP har en krypelevetid på 173 timer ved en høy temperatur på 1400 grader, som er mer enn de 50 timene som var nødvendig for essensielle komponenter i GE9X-motorer.
Feltet for medisinske implantater
Etter 950 grader i 4 timers HIP-behandling på det 3D-printede Ti6Al4V hofteleddsimplantatet fra Johnson&Johnson, nådde dens maksimale utmattelsesstyrke 550 MPa (107 sykluser), som er det samme som den smidde glødede tilstanden. Samtidig vil overflateruheten Ra<0.01 μm satisfied the biocompatibility criteria.