EBM veidošanās TC4 titāna sakausējums

Pirmkārt, detaļas 3D modelis tiek sagriezts un slāņots atbilstoši noteiktam biezumam, izmantojot Magicsl9.0 programmatūru, lai iegūtu kopējo detaļas 2D informāciju. Pēc tam EBM sistēma vienmērīgi izkliedē sakausējuma pulveri noteiktā biezumā uz pamatnes un kā siltuma avotu izmanto elektronu staru, ko veido strāva, kas iet caur volframa stiepli. Fokusēšanas spoles un elektromagnētiskās novirzes spoles iedarbībā tiek apstrādāts sakausējuma pulveris uz pamatnes. Skenēt kausējumu. Katru reizi, kad elektronu stars skenē un izkausē slāni, darbagalds pazeminās par vienu slāņa augstumu, un pēc tam pulveris atkal tiek izkaisīts. Elektronu stars skenē un izkausē procesu atkārtoti, un katrs apstrādātais slānis kondensējas veselumā. Viss ražošanas process tiek veikts vakuuma vidē, efektīvi izvairoties no titāna sakausējuma oksidēšanās iespējas apstrādes laikā. Pēc ražošanas pabeigšanas EBM sistēma izņem detaļas no konstrukcijas kameras un ievieto tās pulvera reģenerācijas sistēmā. PRS tiek izmantots augstspiediena gaiss, lai noņemtu detaļu virsmai pielipušos pulveri, un visbeidzot iegūst formētas detaļas ar gludu virsmu.

EBM tehnoloģijas galvenie parametri ietver elektronu staru strāvu, paātrinājuma spriegumu, skenēšanas ātrumu, slāņa biezumu, skenēšanas līniju atstatumu un fokusa kompensāciju. Pielāgojot šos parametrus, var iegūt dažādus enerģijas blīvumus, piemēram, palielināt elektronu staru strāvu vai samazināt skenēšanas ātrumu. Var iegūt lielāku enerģijas blīvumu. Enerģijas blīvuma daudzums lielā mērā ietekmē formēto detaļu mikrostruktūru, defektus un mehāniskās īpašības. Atbilstošs enerģijas blīvums nodrošinās sakausējumam labākas mehāniskās īpašības. Pateicoties unikālajam EBM tehnoloģijas formēšanas procesam, EBM veidoto TC4 titāna sakausējuma veidoto detaļu mikrostruktūra un mehāniskās īpašības atšķiras no tradicionāli ražotām (piemēram, kalšanas) TC4 titāna sakausējuma veidotajām daļām.

2.1. EBM veidotā titāna sakausējuma TC4 mikrostruktūra un ietekmējošie faktori

EBM izveidotā TC4 titāna sakausējuma temperatūras izmaiņas formēšanas procesā ietekmē tā mikrostruktūru. Pirmkārt, pulveris tiek izkausēts elektronu stara iedarbībā, un šķidrā sakausējuma temperatūra sasniedz aptuveni 1700 grādus, kas ir daudz augstāka nekā TC4 titāna sakausējuma fāzes pārejas temperatūra (995 grādi). Šajā laikā šķidrais sakausējums sastāv no oriģinālajiem graudiem; tad, elektronu staram attālinoties, šķidrais sakausējums ātri atdziest līdz konstrukcijas temperatūrai (parasti 650-700 grādi), lai paliktu stabils un kļūtu ciets. Šajā laikā sakausējums tiek pakļauts → +, un izgulsnējas adatveida fāze un kolonnu fāze. A1-Bermani et al. uzskata, ka, ja dzesēšanas ātrums šajā posmā ir lielāks par 410 grādiem /s, izgulsnēsies metastabils martensīts, kas pēc ilgstošas ​​iedarbības augstas temperatūras vidē sadalīsies + slāņainā struktūrā, un lielākā daļa no tā Smalkas adatveida līstes ar nelielu fāzes daļu. Pēc tam izveidotais TC4 titāna sakausējums tiek lēni atdzesēts no konstrukcijas temperatūras līdz istabas temperatūrai, un sakausējuma mikrostruktūra būtiski nemainās un joprojām sastāv no + fāzēm. EBM veidotā titāna sakausējuma TC4 un kaluma veidotā TC4 titāna sakausējuma mikrostruktūra parādīta 2. attēlā.

Vietējie un ārvalstu zinātnieki ir veikuši daudzus pētījumus par EBM veidoto TC4 titāna sakausējumu mikrostruktūru un atklājuši, ka tādi faktori kā formēšanas procesa parametri, formēto detaļu novietojums un formēto detaļu izmērs ietekmēs atdzišanas ātrumu. sakausējums formēšanas procesā, tādējādi ietekmējot tā graudu izmēru. Hrabe et al. konstatēja, ka, ja tiek nodrošināts, ka enerģijas ievade var pilnībā izkausēt TC4 titāna sakausējuma pulveri, veidojot blīvas daļas, atbilstoši palielinot elektronu stara skenēšanas ātrumu, samazināsies izkausētā baseina izmērs, palielināsies dzesēšanas ātrums un tādējādi tiks izgulsnētas smalkākas daļiņas. līstes un beta fāze. Murr et al. un Wang et al. atklāja, ka EBM veidotā TC4 titāna sakausējuma mikrostruktūra dažādās vietās ir atšķirīga. Kā parādīts 3. attēlā, pozīcijai ar mazāku nogulsnēšanas augstumu ir lielāks dzesēšanas ātrums, jo tā atrodas tuvāk formēšanas pamatnei. Tā ir nestabila augšanas zona, un tai ir tendence izgulsnēties smalkai adatai līdzīgai fāzei; pozīcijai ar lielāku nogulsnēšanas augstumu ir lielāks dzesēšanas ātrums. Jo biezāka latiņa, jo lielāki graudi; pēc nogulsnēšanās līdz noteiktam augstumam tas atrodas stabilā augšanas zonā, un līstes un graudu izmēri mēdz būt stabili. Wang et al. pētīja arī formētās detaļas izmēra ietekmi uz EBM veidotā TC4 titāna sakausējuma mikrostruktūru un konstatēja, ka slāņa kušanas un sacietēšanas procesā mazākiem paraugiem bija lielāks dzesēšanas ātrums, tādējādi izgulsnējot smalkākas fāzes. Galarraga et al. tālāk pētīja un atklāja, ka EBM formētā TC4 titāna sakausējuma mikrostruktūras izmaiņas ir saistītas ar uzturēšanās laiku konstrukcijas kamerā. Ja uzturēšanās laiks ir pārāk garš, nogulsnēšanās augstums nogulsnēšanās augstuma apakšā būs zemāks un mikrostruktūra būs rupjāka. rezultāts. )

2.2. EBM formētā TC4 titāna sakausējuma defekti

Nepareizas procesa parametru izvēles vai procesa traucējumu dēļ EBM veidotās TC4 titāna sakausējuma daļas var radīt dažādus defektus. Zhai et al. atklāja, ka ar EBM veidotā TC4 titāna sakausējuma mikrostruktūrā ir divi tipiski defekti: viens ir poras, ko izraisa argona gāze, kas ir iekļuvusi bojātajā pulverī; otrs ir poras, ko izraisa sakausējuma pulvera slikta kušana.

Gongs u.c. klasificēja TC4 titāna sakausējuma defektus divās galvenajās kategorijās, pamatojoties uz ieejas elektronu stara enerģijas blīvumu. Ja enerģijas blīvums ir pārāk zems, nepietiek pilnībā savienot izkusušos baseinus ar izkusušajiem baseiniem un starp slāņiem, veidojot neregulārus kušanas defektus, ko pavada noteikts poru daudzums. Ja enerģijas blīvums ir pārāk augsts, lokālais siltums strauji paaugstinās. Kad pulveris kūst, virsmas spraiguma ietekmē tas sferoidizējas (pulvera siltumvadītspēja ir zema), tādējādi veidojot poras. Kahnerts et al. konstatēja, ka, ja enerģijas ievade ir pārāk liela, ne tikai pasliktināsies formēto detaļu virsmas kvalitāte, bet smagos gadījumos pulverkrāsošanas sistēmas mērķa iekārta pārtrauks darboties, tāpēc ir jāpārtrauc pats ražošanas process. Turklāt, kad elektronu staru strāva pārsniegs noteiktu slieksni, sakausējuma pulveris tiks izpūsts, atstājot slānī neregulāras poras. Smagos gadījumos visa pulvera slānis sabruks, kā parādīts 5. attēlā; Pulvera slāņa sagatavošana Siltumu izmanto, lai uzlabotu tā adhēziju, pārvarētu elektronu stara vilci uz sakausējuma pulveri un izvairītos no pulvera sabrukšanas. Defekti negatīvi ietekmēs C4 titāna sakausējuma mehāniskās īpašības. EBM procesa parametri ir jāoptimizē, piemēram, skenēšanas ātruma kontrole, skenēšanas līniju atstarpes pielāgošana un elektronu staru strāvas optimizācija, lai samazinātu defektu rašanos.

3.1. EBM veidotā TC4 titāna sakausējuma stiepes īpašības

Bruno et al. pētīja TC4 titāna sakausējuma stiepes īpašības, ko veido EBM formēšana un kalšana. Tā kā EBM veidotajam TC4 titāna sakausējumam formēšanas procesā ir tendence uz poru defektiem, un tā mikrostruktūra ir nevienmērīgi sadalīta, kā rezultātā tā stiepes izturība, lielākā tecēšanas robeža ir attiecīgi 996 MPa un 919 MPa, kas ir nedaudz zemāka par kaltā TC4 titāna izturību. sakausējums (stiepes izturība un tecēšanas robeža ir attiecīgi 1034 MPa un 991 MPa); Wang et al. pētīja arī EBM veidotā TC4 titāna sakausējuma stiepes īpašības. Tika konstatēts, ka tā stiepes izturība ir 1002 MPa, tecēšanas robeža ir 932 MPa un pagarinājums ir 14,4%. Visi veiktspējas rādītāji ir augstāki nekā TC4 titāna sakausējuma kalumiem pēc atkausēšanas un novecošanas.

EBM veidotā TC4 titāna sakausējuma mehāniskajās īpašībās ir ievērojama anizotropija. Bruno et al. un Hrabe et al. konstatēja, ka EBM formēto paraugu stiepes izturība horizontālā virzienā bija spēcīgāka nekā vertikālā virzienā, savukārt izstiepto paraugu pagarinājums horizontālajā virzienā bija mazāks nekā pagarinājums vertikālajā virzienā. To izraisa nevienmērīgi B graudi sakausējuma iekšpusē: formētais paraugs galvenokārt aug vertikālā virzienā; mazāku primāro graudu veidošanās horizontālā virzienā samazina spriegumu uzkrāšanos pie graudu robežām, tādējādi aizkavējot plaisu rašanos un padarot to nedaudz lielāku pagarinājumu.

Hrabe et al. konstatēja, ka, palielinot elektronu stara skenēšanas ātrumu (negatīvi saistīts ar enerģijas blīvumu), tiks nedaudz samazināts plāksnes biezums (1,16 μm → 0,95 un), tādējādi palielinot stiepes izturību, tecēšanas robežu un mikrocietību par 2%. attiecīgi. , 3% un 2%.

Formanoir et al. uzturēja EBM veidoto TC4 titāna sakausējumu attiecīgi 950 grādu temperatūrā 60 minūtes un 1040 grādu temperatūrā 30 minūtes, izmantojot divas dzesēšanas metodes: ūdens dzesēšanu un gaisa dzesēšanu. Sakausējuma stiepes izturība un tecēšanas robeža tika nedaudz samazināta, un pagarinājums netika būtiski uzlabots. Tas parāda, ka tikai EBM formēšanas galveno parametru kontrole ir efektīvs veids, kā uzlabot sakausējuma īpašības.

3.2. EBM veidotā TC4 titāna sakausējuma noguruma īpašības

Chan et al. pārbaudīts EBM veidotā TC4 titāna sakausējuma un velmētā TC4 titāna sakausējuma noguruma kalpošanas laiks (ciklu skaits) mainīga lieces sprieguma 600 MPa (± 10%) iedarbībā. Rezultāti liecina, ka no EBM veidotā TC4 titāna sakausējuma noguruma ilgums ir tikai 17% no velmēta sakausējuma noguruma mūža; EBM veidotā titāna sakausējuma TC4 lūzums slikto kušanas vietu dēļ ir sadalīts ar dažādu formu porām, un tā virsmas raupjums arī ir tālu. Augstāks nekā velmētais TC4 titāna sakausējums, kas ir svarīgs iemesls tā zemajam noguruma kalpošanas laikam.

Tammas-Williams et al. atklāja, ka karstās izostatiskās presēšanas apstrāde var efektīvi likvidēt lielāko daļu poru EBM veidotajā titāna sakausējumā TC4, taču, ja paraugā ir daži tuneļa caurumi un tie ir savienoti ar virsmu, HIP apstrādē esošā augstspiediena argona gāze iekļūs tuneļos. . Porās šie tuneļa defekti nedaudz paplašinās, izraisot HIP ārstēšanas neveiksmi; pārklājuma pievienošana paraugam, pirms HIP var novērst tuneļa defektus. Shui et al. atklāja, ka pēc EBM veidotā TC4 titāna sakausējuma HIP apstrādes, lai gan līstes kļuva biezākas, dislokācijas blīvums samazinājās un stiepes izturība un tecēšanas robeža samazinājās attiecīgi no 870 MPa un 788 MPa līdz 819 MPa un 711 MPa, HIP apstrāde padarīja struktūru viendabīgāku, sakausējuma relatīvais blīvums palielinājās no 99,3% līdz 99,8%, samazinot plaisu rašanās avotus, tādējādi palielinot noguruma izturību no 460boa līdz 580MPa.