Miért szükséges a hőkezelés a fém 3D nyomtatás után?

1. A visszamaradó feszültségtől való megszabadulás a kulcs a deformáció és a repedés megállításához.
A fém 3D-nyomtatása során az anyag gyors fűtési és hűtési ciklusokon megy keresztül, ami maradék feszültségeket hagy a termékekben. Például a lézerpor ágyú olvasztási (LPBF) eljárás során az olvadékmedence gyorsan lehűl, ami feszültséget jelenthet a környező fémre, amely még nem olvadt meg. Az alkatrész meghajolhat, megrepedhet vagy túllépheti a mérethatárt, ha a feszültség túl nagy az anyaghoz képest. Például a titánötvözetből készült repülőgépmotorok lapátjai vékony falúak. Ha nem kezelik őket a nyomtatás után-hőkezeléssel, a maradék feszültség miatt váratlanul eltörhetnek feldolgozás vagy használat közben, ami nagyon veszélyes.
A feszültségcsökkentő lágyítás és más hőkezelési módszerekkel nagyon jól lehet megszabadulni a maradék feszültségtől. Az izzítási folyamat során a darabokat az átkristályosodási pont alatti hőmérsékletre (általában az anyag olvadáspontjának 50-70%-ára) hevítik, meghatározott ideig ott tartják, majd fokozatosan lehűtik. Ekkor az anyag belső diszlokációi átrendeződnek, a szemcsék helyreállnak és átkristályosodnak, a feszültség levezetik. Például egy bizonyos típusú turbinatárcsát 650 fokon 4 órán át izzítottak, ami 320 MPa-ról 80 MPa-ra csökkentette a maradó feszültséget, és 90%-kal csökkentette a deformációt. Ez biztosította a megmunkálás pontosságát.
2. Mikrostruktúra javítása: az anyagok általánosságban jobb működése
A fém 3D nyomtatás gyors megszilárdulása durva mikroszerkezetet és összetételi szegregációt okozhat, ami ronthatja az alkatrészek teljesítményét. Például az LPBF-nyomtatott 316L-es rozsdamentes acél durva oszlopos kristályokat tartalmazhat, és a fáradásállósága 40%-kal alacsonyabb, mint a kovácsolt acélé. A hőkezelés javíthatja a dolgokat a mikrostruktúra szabályozásával:
Szemcsefinomítás: Az izzítás során az átkristályosodási folyamat során a szemcsék kisebbek lehetnek. Például, ha alumíniumötvözetből nyomtatott alkatrészeket 350 fokon 2 órán keresztül hőkezelnek, a szemcseméret 100 μm-ről 20 μm-re csökken, és a folyáshatár 15%-kal nő.
Fázisváltozás szabályozása: Az acél hűtésével és temperálásával kettős{0}}fázisú szerkezetet készíthet, amely martenzitből és maradék ausztenitből áll. Például az öntőacél nyomtatott alkatrészek keménysége 58 HRC-re emelkedik, miután 1050 fokos hűtést és 200 fokos temperálást végeznek. A kopásállóság háromszor nagyobb, mint a nem kezelt alkatrészeké.
Hibák megszüntetése: A magas hőmérséklet (jellemzően az anyag olvadáspontjának 0,7-0,9-szerese) és a nagy nyomás (100-200 MPa) szinergikus hatása a forró izosztatikus préselés (HIP) kezelésében részenként lezárhatja a belső lyukakat és a mikrorepedéseket. A HIP-kezelést követően egy bizonyos repülőgépmotor magas hőmérsékletű ötvözött alkatrészeinek sűrűsége 99,2%-ról 99,99%-ra nőtt, és az alkatrészek 5-ször tovább bírták.
3. A mechanikai teljesítmény javítása érdekében teljesítse a magas -szilárdsági szabványokat.
A fémből készült 3D nyomtatott tárgyak mechanikai tulajdonságai gyakran nem olyan jók, mint a hagyományos módszerekkel készült termékek. A hőkezelés azonban sokkal erősebbé, keményebbé és keményebbé teheti őket.
A kioltó kezelés gyorsan lehűtve martenzites szerkezetet készít, ami sokkal keményebbé teszi. Például a nikkel-alapú, magas hőmérsékletű{2}}ötvözetből készült nyomtatott alkatrészek szakítószilárdsága 850 MPa-ról 1200 MPa-ra nőtt 1120 fokos kioltás után.
Jobb szívósság: A temperálás megszabadulhat a stressztől, és keményebbé teheti a dolgokat. Például az 550 fokos kioltás és temperálás után egy autó hajtóműtengely nyomtatott részének ütésállósága 15 J/cm²-ről 35 J/cm²-re nőtt, ami megfelelt az ütközésekre vonatkozó biztonsági előírásoknak.
A kifáradási teljesítmény maximalizálása: A hőkezelés nagymértékben meghosszabbíthatja az anyag élettartamát azáltal, hogy szabályozza a mikroszerkezetét és a maradék feszültséget. Például a kétszeres lágyítás (700 fokos 2 órán keresztül és 500 fokos 4 órán keresztül) a titánötvözetből készült ortopédiai implantátumok kifáradási határát 450 MPa-ról 600 MPa-ra emelte, ami elegendő a test hosszú távú -súlyának fenntartásához.
4. Győződjön meg arról, hogy a méretek stabilak maradnak: a precíz összeszereléshez igazodjon a szabványokhoz.
Nyomtatás után a fém 3D nyomtatott darabok mérete megváltozhat a maradék feszültség felszabadulása vagy a mikroszerkezet változása miatt. Ez megnehezítheti a helyes összeállításukat. A hőkezelés sokkal jobbá teheti a méretstabilitást a mikrostruktúra stabilizálásával és a feszültségtől való megszabadulással.
Alacsonyabb deformáció: Az izzítási kezelés csökkentheti az alkatrészek közötti hőtágulási együttható különbségét és az alacsonyabb megmunkálási deformációt. Például az izzítás után egy összetett áramlási csatornás hőcserélő nyomtatott alkatrészének átmérő eltérése ± 0,15 mm-ről ± 0,05 mm-re csökkent, ami megfelelt a tömítőfolyadékokra vonatkozó szabványoknak.
Időbeli stabilitás: A mesterséges öregedés és más öregedési kezelések megszabadulhatnak az anyagok túltelített szilárd oldataitól, és megakadályozhatják, hogy idővel túlságosan megváltozzanak a méretük. Például az alumíniumötvözetből készült nyomtatott alkatrészek méretváltozásának mértéke évi 0,3%-ról évi 0,05%-ra esett vissza 170 fokos 8 órás öregítés után. Ez kielégítette a repülőgépipar hosszú távú szolgáltatási igényeit-.
5. Egyedi teljesítményigények kielégítése: a felhasználási kör szélesítése
A hőkezelés a fém 3D nyomtatott tárgyaknak is specifikus tulajdonságokat biztosít, így több helyen hasznosíthatóak:
Megnövelt korrózióállóság: A szilárd oldatos kezelés feloldhatja az anyag második fázisát, ami csökkenti az elektrokémiai úton történő korrodálás valószínűségét. Például, miután 1050 fokos oldattal kezelték, a 316 literes rozsdamentes acél nyomtatott alkatrészek lyukképződési potenciálja 320 mV-ról 450 mV-ra nőtt, ami jó tengeri körülmények között történő használatra.
Mágneses jellemzők szabályozása: A hőkezelés megváltoztathatja a lágy mágneses anyagok szemcse orientációját és maradékfeszültségét, hogy javítsa mágneses tulajdonságaikat. Például 750 fokra melegítés után a mágnesszelep adott részének mágneses permeabilitása 20%-kal megnő, és az általa felhasznált energia mennyisége 15%-kal csökken.
A biokompatibilitás javítása: Az orvosi implantátumokat fel kell melegíteni, hogy megszabaduljanak a felületi szennyeződésektől és passzivációs filmet készítsenek. Savas mosás és 500 fokos lágyítás után például a titánötvözetből készült ortopédiai implantátumok felületi érdessége Ra 3,2 μm-ről 0,8 μm-re csökkent, és a sejtadhéziós ráta 40%-kal nőtt.