Hoće li termička obrada utjecati na točnost dimenzija dijelova?

一, Glavni način na koji toplinska obrada mijenja veličinu stvari
1. Otpuštanje zaostalih i termičkih naprezanja
Metoda metalne 3D štampe brzo zagrijava i hladi materijal, što uzrokuje izobličenje unutrašnje rešetke i zaostalo naprezanje. Da bi se smanjio stres kroz relaksaciju rešetke, termička obrada je zagrijavanje na temperaturu ispod temperature rekristalizacije (na primjer, održavanje legure titana na 800 stepeni 2 sata). Ali neravnomjernost oslobađanja stresa mogla bi izazvati lokalnu deformaciju. Na primjer, ako dizajn potporne konstrukcije za lopatice turbine motora aviona nije dobar, uklanjanje potpore nakon toplinske obrade može izazvati lokalnu koncentraciju naprezanja i savijanje rubova lopatice, uz deformaciju od 0,1–0,3 mm.
2. Promjena volumena zbog promjene faze
Tokom termičke obrade, materijali mogu mijenjati faze (takva martenzitna transformacija), što može uzrokovati povećanje ili smanjenje njihove zapremine. Na primjer, visokotemperaturne legure na bazi nikla-na bazi- mogu se promijeniti iz austenita u martenzit ako je brzina hlađenja prebrza nakon tretmana otopinom (1080 stepeni tokom 1 sata). To može uzrokovati proširenje volumena i promjenu veličine dijelova otisnutih laserskim topljenjem sloja praha (LPBF). Eksperimentalni podaci pokazuju da kritična greška u dimenzijama komponenti kojima nedostaje regulisana brzina hlađenja može dostići ± 0,05 mm nakon -toplinske obrade, iznad dozvoljenih granica utvrđenih vazduhoplovnim standardima.
3. Rast zrna i homogenost tkiva
Kontrolisanje brzine zagrijavanja i vremena zadržavanja tokom termičke obrade može poboljšati uniformnost tkiva i veličinu zrna. Ali ako zrna rastu neravnomjerno, to bi moglo uzrokovati različite količine skupljanja na različitim mjestima. Na primjer, zagrijavanje kontinuiranog kompozita ojačanog karbonskim vlaknima (CCFRC) na 100 stepeni povećava kristalnost njegove matrice sa 17,42% na 22,76%. Ali ako vlakna nisu ravnomjerno raspoređena, to bi moglo stvoriti razliku u veličini od 0,02 do 0,05 mm, što bi otežalo pravilno sastavljanje stvari.
2, Uobičajeni primjer: toplinska obrada ima dva efekta na točnost dimenzija
1. Vazduhoplovstvo: pronalaženje prave ravnoteže između visoke tačnosti i visokih performansi
Boeing proizvodi nosače za avione koristeći LPBF tehnologiju, međutim oni moraju biti termički-tretirani da bi se njihova vlačna čvrstoća podigla na 520 MPa. Ali nakon termičke obrade, postaje teško održati dimenzije komada stabilnim. Da biste dobili preciznu kontrolu, uradite sljedeće:
Pre{0}}kompenzacija deformacije: Koristite obrnutu pre{1}}deformaciju na originalnom modelu da se kompenzirani model približi optimalnoj veličini nakon termičke obrade. Ovo će poboljšati tačnost štampe za 66,2%.
Segmentirano grijanje i hlađenje: Korištenje faznog pristupa grijanja (držanje na 50 stepeni 30 minuta) i odloženog hlađenja (hlađenje vazduhom nakon hlađenja peći na 200 stepeni) da bi se smanjio termički stres izazvan temperaturnim gradijentima, sa deformacijom regulisanom unutar ± 0,03 mm.
2. Medicinski implantati: kombinacija biokompatibilnosti i dimenzionalne ispravnosti
Prilikom 3D štampanja acetabularnih čašica od legure titanijuma, površinska mikroporozna struktura (5-10 μm) mora biti vrlo precizna u smislu veličine. Određena kompanija postiže preciznu kontrolu kombinovanom metodom "žarenje za ublažavanje stresa + kiselo jetkanje":
Žarenje za smanjenje naprezanja: Držite na 650 stepeni 2 sata da biste se riješili bilo kakvog preostalog naprezanja prilikom štampanja i smanjili vjerovatnoću promjena veličine tokom sljedećeg kiselog jetkanja.
Tretman jetkanjem kiselinom: Koristite mješavinu fluorovodonične kiseline i otopine dušične kiseline za jetkanje 10 minuta kako biste napravili homogene mikropore. To će spriječiti oslobađanje od naprezanja da izazove lokalnu koroziju. Razlike u veličini treba držati u granicama ± 0,02 mm.
3. Industrijski kalupi: Pronalaženje prave ravnoteže između cijene i upotrebe
Kroz proceduru termičke obrade "čvrsto rješenje + starenje", posebna kompanija je učinila kalupe od aluminijske legure tvrđim do 120HB. Međutim, oni moraju pronaći kompromis između cijene i točnosti:
Troškovno{0}}efikasna metoda je samo pjeskarenje (Ra vrijednost manja ili jednaka 3,2 μm) dijelova kako bi se ispunile tipične potrebe za plastično oblikovanje. Ovo smanjuje cijenu svakog komada za 40%, ali dimenzije nisu baš stabilne.
Rješenje visokih-performansi: Povećajte CNC preciznu obradu (Ra vrijednost manja ili jednaka 0,8 μm), što je dobro za dijelove kalupa koji moraju biti vrlo sjajni ili prozirni. Ovo će utrostručiti vrijeme obrade, ali će tačnost dimenzija biti ± 0,01 mm.
3, Strategija za kontrolu tačnosti dimenzija: poboljšanje procesa i dolazak do novih tehnologija
1. Usklađivanje parametara procesa: omogućavanje da procesi toplotne obrade i štampanja rade zajedno
Postavke za termičku obradu moraju biti iste kao i za proces 3D štampanja, kao što su temperatura i brzina hlađenja. Na primjer, ako štampate leguru Inconel 718 koristeći LPBF, a sloj za štampanje je debeo 0,05 mm, potrebno je da primenite tretman rastvorom od 1150 stepeni i tretman starenja od 720 stepeni da biste minimizirali pukotine i promene dimenzija koje se dešavaju kada se materijal prebrzo ohladi. Testovi su pokazali da odgovarajući parametri mogu učiniti da dijelovi traju tri puta duže i da njihove dimenzije budu stabilnije za 50%.
2. Pametni sistem upravljanja toplotom: prati stvari u realnom vremenu i vrši promene po potrebi
Koristeći infracrvene senzore i kontrolu povratne informacije o temperaturi, inteligentni sistem upravljanja toplotom čini toplotno polje ujednačenijim. AI sistem napravljen od strane Platinum Technology može promijeniti snagu lasera i brzinu skeniranja u realnom vremenu. Ovo sprečava da se temperatura previše promeni tokom štampanja nosača od legure titanijuma, držeći je unutar ± 5 stepeni. Nakon termičke obrade, sistem takođe smanjuje odstupanje dimenzija sa ± 0,05 mm na ± 0,02 mm.
3. Novi načini toplinske obrade stvari: lokalno grijanje i kompozitni proces
Lokalna toplinska obrada: Indukcijsko grijanje ili laserska lokalna toplinska obrada koristi se na velikim komadima kako bi se spriječilo njihovo deformiranje kada se zagrijaju. Kroz tretman lokalnog rastvora, određeni nosač za vazduhoplovstvo je dostigao vlačnu čvrstoću od 520MPa i dimenzionu stabilnost bolju od ± 0,03 mm.
Kompozitni proces: korištenje toplinske obrade i vrućeg izostatičkog prešanja (HIP) zajedno kako bi se riješili unutarnjih nedostataka i poboljšala struktura. Vijek trajanja lopatica turbine GE avio motora je tri puta duži nakon HIP tretmana, a dimenzionalna deformacija se održava ispod 0,05%.