Milyen előnyei vannak a HIP-feldolgozásnak a fém 3D-nyomtatás{0}}utófeldolgozásában?

1. Megszabadulni a belső hibáktól: a „porozitásból” a „nulla hiba” irányába
A gyors hűtéssel létrejövő nem-egyensúlyi megszilárdulás apró lyukakat képezhet a fém 3D-nyomtatása során. Másrészt a tartószerkezetek szétszedése vagy a por nem teljesen megolvadása makroszkopikus zsugorodást okozhat. Ezek a hibák repedéseket okozhatnak, ami nagymértékben lerövidíti az alkatrészek kifáradási élettartamát. A HIP technológia a hibákat a következő módszerekkel javítja ki:
Pórusok bezárása és fémek kombinálása
Ha a fémanyagokat magas hőmérsékletre (általában az anyag olvadáspontjának 0,5-0,8-szorosára) hevítik, és nagy nyomás alá helyezik (100-200 MPa), akkor nagyon hajlékonyak lesznek. A gáznyomás hatására a pórusok körüli fém alakja megváltozik, érintkezésbe kerül egymással és kohászati ​​kötések jönnek létre. Ezáltal a pórusok térfogata addig csökken, amíg el nem tűnik. Például a HIP-kezelést követően az SLM technikával előállított IN718 magas hőmérsékletű ötvözet porozitása 0,8%-ról 0,02%-ra nőtt, ami 99,99%-os sűrűségűvé tette, amire a repülőgépiparnak szüksége van az anyagok megbízhatóságának biztosításához.
Mikrorepedések gyógyulása
A fém 3D nyomtatásban fellépő hőfeszültség mikrorepedéseket okozhat. A HIP-kezelés magas hőmérsékletű lágyító hatása-megszabadítja a maradék feszültséget, a nagy-nyomású környezet pedig a töréscsúcsot plasztikusan meghajlítja, ami lezárja a repedést és stabil szemcsehatárszerkezetet képez. A kísérleti adatok azt mutatják, hogy a HIP-kezelés 90%-kal csökkentheti a 316L-es rozsdamentes acél repedéssűrűségét, és 30%-kal növeli a törési szilárdságot.
A szemcsék finomítása és a mikrostruktúra egységesebbé tétele
A HIP magas hőmérsékletű -hőmérsékletű folyamata megegyezik a lágyító kezeléssel, amellyel megszabadulhat az alulhűtött szerkezettől vagy metastabil fázistól, amely az SLM gyors lehűlésekor képződik. A HIP kezelés után például a Ti6Al4V ötvözet durva oszlopos kristályai finom, egyenlőtengelyű kristályokká alakulnak, és a szemcseméret 50 μm-ről 10 μm-re változik. Ezáltal az anyag sokkal rugalmasabb és ellenáll a fáradásnak.
2. A mechanikai teljesítmény javítása: a megfelelő egyensúly megtalálása a szilárdság és a szívósság között
A HIP feldolgozás két hatással van a fém 3D nyomtatott alkatrészek mechanikai jellemzőire:
Az erő és a plaszticitás jobban passzol egymáshoz.
Az anyag szilárdsága enyhén csökkenhet (jellemzően 5-15%-kal) a HIP kezelés után, de plaszticitási mutatói, mint például a nyúlás, jelentősen megnőnek. Például a HIP kezelést követően az SLM technikával előállított AlSi10Mg alumíniumötvözet szakítószilárdsága 420 MPa-ról 380 MPa-ra csökkent, de a nyúlás 8%-ról 15%-ra nőtt, ami jó az autók könnyű szerkezeti alkatrészeinek.
Jelentős javulás a fáradtságállósági teljesítményben
A kifáradásos repedések növekedésének fő oka a belső hibák. A pórusok és mikrorepedések eltávolításával a HIP kezelés nagymértékben megnöveli az alkatrészek kifáradási élettartamát. Például a 650 fokban és 690 MPa-on HIP-pel kezelt IN718 ötvözet magas hőmérsékletű kifáradási élettartama a kezelés nélküli 50 óráról 173 órára nőtt. Ez megfelel a GE repülőgép-hajtóművek alapvető alkatrészekre vonatkozó élettartam-követelményeinek.
Anizotróp eltávolítás
A fém 3D nyomtatás rétegközi kötési tulajdonságai miatt a mechanikai tulajdonságok különböző irányokban eltérőek lehetnek. Az anyag minden irányban ugyanúgy működik, ha HIP-pel kezelik, amely 360 fokos egyenletes nyomást alkalmaz. Például a HIP-pel kezelt szilícium-nitrid kerámia golyók sugárirányú és axiális súrlódási együtthatói közötti különbség kevesebb, mint 5%, ami sokkal jobb, mint a szokásos szinterezési eljárások.
3. Az alkalmazások körének kiszélesítése: "Elérhető" helyett "Megbízható"
A HIP feldolgozás segíti a fém 3D nyomtatási technológia széles körű alkalmazásának technikai oldalát azokon a területeken, ahol nagy az igény.
Repülési ágazat
A turbinalapátoknak, az égéstereknek és a repülőgép-hajtóművek egyéb alkatrészeinek képesnek kell lenniük magas hőmérsékletű, nagy nyomású és nagy igénybevételű helyzetekben történő működésre. A HIP-kezelés megszabadulhat a termikus feszültségrepedésektől, amelyek akkor keletkeznek, amikor az SLM-folyamat túl gyorsan lehűl, és az anyagokat is jobbá teheti a magas hőmérsékleten-kúszva. A Rolls Royce például HIP-kezelt nikkel-alapú, magas-hőmérsékletű ötvözet turbinatárcsákat használ, amelyek az üzemi hőmérsékletet 1200-ról 1400 Celsius-fokra, a tolóerőt---tömeg arányra pedig 20%-kal emelik.
Az orvosi implantátumok területe
Az ortopéd implantátumoknak erősnek és a test számára biztonságosnak kell lenniük. A HIP-kezelés megszabadulhat az alfa-fázisú szegregációtól a Ti6Al4V ötvözetben, csökkenti a fémionok kiszivárgásának esélyét, és hosszabb ideig tart az anyag feszültség alatt. A klinikai bizonyítékok azt mutatják, hogy a HIP-nek alávetett csípőimplantátumok meghibásodási aránya egy évtized után 3%-ról 0,5%-ra csökkent.
Az energiaipar és a hajózás
Az olyan alkatrészeknek, mint az atomreaktor nyomástartó edényei és a mély{0}}tengeri érzékelők burkolatai, nagyon zord körülményeket kell kezelniük. A HIP-kezelt cirkónium-kerámia nagy, 110 MPa nyomást képes elviselni a mélytengerben, a szilícium-karbid-bevonatú fűtőelem pedig magas, 1200 fokos hőmérsékleten is stabil marad. Ezek az anyagok nagyon fontosak az atomenergia-technológia negyedik generációja szempontjából.