Vil varmebehandling påvirke dimensjonsnøyaktigheten til deler?

一, den viktigste måten varmebehandling endrer størrelsen på ting på
1. Å gi slipp på restspenning og termisk stress
Metall 3D-utskriftsmetoden varmer og avkjøler raskt materialet, noe som forårsaker intern gitterforvrengning og gjenværende spenning. For å lindre stress gjennom gitteravslapping, er varmebehandling oppvarming til en temperatur under rekrystalliseringstemperaturen (for eksempel å holde titanlegering ved 800 grader i 2 timer). Men ujevnheten i stressfrigjøring kan indusere lokal deformasjon. For eksempel, hvis utformingen av støttestrukturen for turbinblader til flymotorer ikke er god, kan fjerning av støtten etter varmebehandling indusere lokal spenningskonsentrasjon og vridning av bladkanten, med en deformasjon på 0,1–0,3 mm.
2. Endring i volum på grunn av faseendring
Under varmebehandling kan materialer endre faser (slik martensittisk transformasjon), noe som kan føre til at volumet deres vokser eller krymper. For eksempel kan nikkel-baserte høy-temperaturlegeringer endres fra austenitt til martensitt hvis kjølehastigheten er for høy etter oppløsningsbehandling (1080 grader i 1 time). Dette kan føre til at deler som skrives ut med laserpulverbedsmelting (LPBF) utvides i volum og endres i størrelse. Eksperimentelle data indikerer at den kritiske dimensjonsfeilen til komponenter som mangler en regulert kjølehastighet kan oppnå ± 0,05 mm etter-varmebehandling, utover de tillatte grensene fastsatt av luftfartsstandarder.
3. Vekst av korn og homogenitet av vev
Kontroll av oppvarmingshastigheten og holdetiden under varmebehandling kan forbedre vevets jevnhet og kornstørrelse. Men hvis kornene vokser ujevnt, kan det gi forskjellige mengder svinn på forskjellige steder. For eksempel, oppvarming av kontinuerlig karbonfiberforsterket kompositt (CCFRC) til 100 grader øker matrisekrystalliniteten fra 17,42 % til 22,76 %. Men hvis fibrene ikke er jevnt fordelt, kan det generere en størrelsesforskjell på 0,02 til 0,05 mm, noe som vil gjøre det vanskeligere å sette sammen ting riktig.
2, Et vanlig eksempel: varmebehandling har to effekter på dimensjonsnøyaktighet
1. Luftfart: finne den rette balansen mellom høy nøyaktighet og høy ytelse
Boeing lager flybraketter som bruker LPBF-teknologi, men de må varmebehandles- for å øke strekkstyrken til 520 MPa. Men etter varmebehandling blir det vanskelig å holde delenes dimensjoner stabile. For å få nøyaktig kontroll, gjør følgende:
Pre-deformasjonskompensasjon: Bruk omvendt pre-deformasjon på den opprinnelige modellen for å få den kompenserte modellen nærmere den optimale størrelsen etter varmebehandling. Dette vil øke utskriftsnøyaktigheten med 66,2 %.
Segmentert oppvarming og kjøling: Bruk av en faset oppvarmingstilnærming (holde på 50 grader i 30 minutter) og forsinket kjøling (luftkjøling etter ovnskjøling til 200 grader) for å redusere termisk stress produsert av temperaturgradienter, med deformasjon regulert innenfor ± 0,03 mm.
2. Medisinske implantater: kombinasjonen av biokompatibilitet og dimensjonsriktighet
Ved 3D-utskrift av titanlegerings acetabulære kopper, må overflatens mikroporøse struktur (5–10 μm) være svært nøyaktig når det gjelder størrelse. Et bestemt selskap oppnår presis kontroll med den kombinerte metoden for "stressavlastningsgløding + syreetsing":
Spenningsreduksjonsgløding: Hold ved 650 grader i 2 timer for å kvitte seg med gjenværende trykkspenning og gjøre størrelsesendringer mindre sannsynlige under neste syreetsing.
Syreetsingsbehandling: Bruk en blanding av flussyre og salpetersyreløsning for å etse i 10 minutter for å lage homogene mikroporer. Dette vil forhindre at spenningsfrigjøring forårsaker lokal korrosjon. Størrelsesforskjeller bør holdes innenfor ± 0,02 mm.
3. Industrielle former: Finne den rette balansen mellom kostnad og bruk
Gjennom "solid solution+aging"-prosedyren for varmebehandling har et spesifikt selskap gjort aluminiumslegeringsformer hardere til 120HB. Imidlertid må de finne et kompromiss mellom kostnad og nøyaktighet:
Den kostnadseffektive metoden er å bare sandblåse (Ra-verdi mindre enn eller lik 3,2 μm) delene for å oppfylle de typiske plaststøpingsbehovene. Dette reduserer kostnadene for hvert stykke med 40 %, men dimensjonene er ikke veldig stabile.
Løsning med høy-ytelse: Øk CNC-presisjonsbearbeiding (Ra-verdi mindre enn eller lik 0,8 μm), noe som er bra for formdeler som må være veldig blanke eller klare. Dette vil tredoble behandlingstiden, men dimensjonsnøyaktigheten vil være ± 0,01 mm.
3, Strategi for å kontrollere dimensjonsnøyaktighet: forbedre prosesser og komme opp med nye teknologier
1. Matchende prosessparametere: få varmebehandlings- og utskriftsprosessene til å fungere sammen
Innstillingene for varmebehandlingen må være de samme som for 3D-utskriftsprosessen, for eksempel temperaturen og kjølehastigheten. Hvis du for eksempel skriver ut Inconel 718-legering med LPBF og utskriftslaget er 0,05 mm tykt, må du bruke en 1150 graders løsningsbehandling og en 720 graders aldringsbehandling for å minimere sprekker og dimensjonsendringer som skjer når materialet avkjøles for raskt. Tester har vist at matchende parametere kan få deler til å vare tre ganger lenger og gjøre dimensjonene mer stabile med 50 %.
2. Smart termisk styringssystem: holder øye med ting i sanntid og gjør endringer etter behov
Ved å bruke infrarøde sensorer og temperaturtilbakemeldingskontroll gjør det intelligente termiske styringssystemet det termiske feltet mer enhetlig. AI-systemet laget av Platinum Technology kan endre laserkraften og skannehastigheten i sanntid. Dette forhindrer at temperaturen endres for mye under utskrift av titanlegeringsbraketter, og holder den innenfor ± 5 grader. Etter varmebehandling reduserer systemet også dimensjonsavviket fra ± 0,05 mm til ± 0,02 mm.
3. Nye måter å varmebehandle ting på: lokal oppvarming og komposittprosessen
Lokal varmebehandling: Induksjonsoppvarming eller laser lokal varmebehandling brukes på store deler for å forhindre at de blir deformert når de varmes opp over det hele. Gjennom lokal løsningsbehandling har en spesifikk luftfartsbrakett nådd en strekkstyrke på 520 MPa og dimensjonsstabilitet bedre enn ± 0,03 mm.
Sammensatt prosess: bruk av varmebehandling og varm isostatisk pressing (HIP) sammen for å bli kvitt interne feil og forbedre strukturen. Utmattelseslevetiden til turbinblader for GE-luftfartsmotorer er tre ganger lengre etter HIP-behandling, og dimensjonsdeformasjonen holdes under 0,05 %.