EBM formavimo TC4 titano lydinio eiga

Pirma, detalės 3D modelis supjaustomas ir susluoksniuojamas pagal tam tikrą storį naudojant Magicsl9.0 programinę įrangą, kad būtų gauta bendra 2D detalės informacija. Tada EBM sistema tolygiai paskirsto lydinio miltelius iki tam tikro storio ant pagrindo ir kaip šilumos šaltinį naudoja elektronų pluoštą, susidarantį srovės, einančios per volframo laidą. Veikiant fokusavimo ritei ir elektromagnetinio nukreipimo ritei, ant pagrindo esantys lydinio milteliai apdorojami. Nuskaitykite lydalą. Kiekvieną kartą, kai elektronų pluoštas nuskaito ir ištirpdo sluoksnį, darbastalis nukrenta vienu sluoksnio aukščiu, o tada milteliai vėl paskleidžiami. Elektronų pluoštas nuskaito ir išlydo procesą pakartotinai, o kiekvienas apdorotas sluoksnis kondensuojasi į visumą. Visas gamybos procesas vykdomas vakuuminėje aplinkoje, efektyviai išvengiant titano lydinio oksidacijos proceso metu. Baigus gamybą, EBM sistema išima dalis iš surinkimo kameros ir įdeda į miltelių regeneravimo sistemą. PRS naudojamas aukšto slėgio oras, kad pašalintų prie detalių paviršiaus prilipusius miltelius, o galiausiai išgaunamos lygaus paviršiaus suformuotos detalės.

Pagrindiniai EBM technologijos parametrai apima elektronų pluošto srovę, pagreičio įtampą, skenavimo greitį, sluoksnio storį, skenavimo linijų atstumą ir židinio kompensavimą. Reguliuojant šiuos parametrus galima gauti skirtingą energijos tankį, pavyzdžiui, padidinti elektronų pluošto srovę arba sumažinti skenavimo greitį. Galima gauti didesnį energijos tankį. Energijos tankio dydis labai įtakoja formuojamų detalių mikrostruktūrą, defektus ir mechanines savybes. Dėl tinkamo energijos tankio lydinys turės geresnes mechanines savybes. Dėl unikalaus EBM technologijos formavimo proceso EBM suformuotų TC4 titano lydinio formuotų dalių mikrostruktūra ir mechaninės savybės skiriasi nuo įprastu būdu pagamintų (pvz., kalimo) TC4 titano lydinio formuotų dalių.

2.1 EBM suformuoto TC4 titano lydinio mikrostruktūra ir įtaką darantys veiksniai

EBM suformuoto TC4 titano lydinio temperatūros pokytis formavimo proceso metu turi įtakos jo mikrostruktūrai. Pirma, milteliai išsilydo veikiant elektronų pluoštui, o skysto lydinio temperatūra pasiekia apie 1700 laipsnių, o tai yra daug aukštesnė nei TC4 titano lydinio fazinio virsmo temperatūra (995 laipsniai). Šiuo metu skystas lydinys sudarytas iš originalių grūdelių; tada, kai elektronų pluoštas tolsta, skystas lydinys greitai atvėsta iki konstrukcijos temperatūros (paprastai 650-700 laipsnio), kad išliktų stabilus ir taptų kietas. Šiuo metu lydinys patiria → +, o adatos fazė ir stulpelio fazė nusėda. A1-Bermani ir kt. manome, kad kai aušinimo greitis yra didesnis nei 410 laipsnių / s šiame etape, nusodins metastabilus martensitas, kuris, ilgą laiką veikiamas aukštos temperatūros aplinkoje, suirs į + sluoksniuotą struktūrą ir didžioji jo dalis bus Smulkios adatos juostos su nedidele fazės dalimi. Tada susidaręs TC4 titano lydinys lėtai atšaldomas nuo konstrukcijos temperatūros iki kambario temperatūros, o lydinio mikrostruktūra iš esmės nesikeičia ir vis dar susideda iš + fazių. EBM suformuoto TC4 titano lydinio ir kaltinio TC4 titano lydinio mikrostruktūra parodyta 2 paveiksle.

Vidaus ir užsienio mokslininkai atliko daug tyrimų apie EBM suformuotų TC4 titano lydinių mikrostruktūrą ir nustatė, kad tokie veiksniai kaip liejimo proceso parametrai, formuojamų dalių padėtis ir formuojamų dalių dydis turės įtakos aušinimo greičiui. lydinys liejimo proceso metu, taip paveikdamas jo grūdelių dydį. Hrabe ir kt. nustatė, kad užtikrinant, kad įvesties energijos kiekis galėtų visiškai ištirpdyti TC4 titano lydinio miltelius, kad susidarytų tankios dalys, tinkamai padidinus elektronų pluošto skenavimo greitį, išlydyto baseino dydis sumažės, aušinimo greitis padidės ir taip bus nusodintos smulkesnės dalelės. juosta ir beta fazė. Murr ir kt. ir Wang ir kt. nustatė, kad EBM suformuoto TC4 titano lydinio mikrostruktūra skirtingose ​​vietose skiriasi. Kaip parodyta 3 paveiksle, padėtis su mažesniu nusodinimo aukščiu turi didesnį aušinimo greitį, nes ji yra arčiau liejimo pagrindo. Tai nestabili augimo zona ir linkusi nusodinti į smulkią adatą panašią fazę; padėtis su didesniu nusodinimo aukščiu turi didesnį aušinimo greitį. Kuo storesnė juosta, tuo didesni grūdai; nusodinus iki tam tikro aukščio, jis yra stabilaus augimo zonoje, o juostos ir grūdelių dydis būna stabilus. Wang ir kt. taip pat ištyrė lietų dalių dydžio poveikį EBM suformuoto TC4 titano lydinio mikrostruktūrai ir nustatė, kad sluoksnio lydymosi ir kietėjimo proceso metu mažesni mėginiai turėjo didesnį aušinimo greitį, todėl nusodinamos smulkesnės fazės. Galarraga ir kt. toliau tyrinėjo ir nustatė, kad EBM formuoto TC4 titano lydinio mikrostruktūros pokyčiai yra susiję su buvimo trukme pastatymo kameroje. Jei buvimo laikas yra per ilgas, nusodinimo aukštis nusėdimo aukščio apačioje bus mažesnis, o mikrostruktūra bus grubesnė. rezultatas. ,

2.2 EBM formuoto TC4 titano lydinio defektai

Dėl netinkamo proceso parametrų pasirinkimo arba proceso trukdžių, EBM suformuotos TC4 titano lydinio dalys gali sukelti įvairių defektų. Zhai ir kt. nustatė, kad yra du tipiški EBM formuoto TC4 titano lydinio mikrostruktūros defektai: vienas yra poros, kurias sukelia argono dujos, patekusios į brokuotą miltelius; kita – poros, atsiradusios dėl prasto lydinio miltelių lydymosi.

Gong ir kt. suskirstė TC4 titano lydinio defektus į dvi pagrindines kategorijas pagal įvesties elektronų pluošto energijos tankį. Kai energijos tankis yra per mažas, neužtenka visiškai sujungti išlydytus baseinus su išlydytais baseinais ir tarp sluoksnių, todėl susidaro netaisyklingi lydymosi defektai, kuriuos lydi tam tikras porų kiekis. Kai energijos tankis per didelis, vietinė šiluma greitai pakyla. Kai milteliai ištirpsta, jie sferoidizuojasi, veikiami paviršiaus įtempimo (miltelių šilumos laidumas yra mažas), todėl susidaro poros. Kahnert ir kt. nustatė, kad jei energijos sąnaudos yra per didelės, ne tik pablogės suformuotų dalių paviršiaus kokybė, bet sunkiais atvejais nustos veikti miltelinio dažymo sistemos tikslinė mašina, todėl pats gamybos procesas turi būti sustabdytas. Be to, kai elektronų pluošto srovė viršija tam tikrą slenkstį, lydinio milteliai bus nupūsti, todėl sluoksnyje bus netaisyklingos poros. Sunkiais atvejais visas miltelių sluoksnis subyrės, kaip parodyta 5 paveiksle; Miltelių sluoksnio paruošimas Šiluma naudojama siekiant pagerinti jo sukibimą, įveikti elektronų pluošto trauką į lydinio miltelius ir išvengti miltelių subyrėjimo. Defektai neigiamai paveiks C4 titano lydinio mechanines savybes. Siekiant sumažinti defektų atsiradimą, EBM proceso parametrai turi būti optimizuoti, pvz., valdyti nuskaitymo greitį, reguliuoti skenavimo linijų tarpus ir optimizuoti elektronų pluošto srovę.

3.1 EBM suformuoto TC4 titano lydinio tempimo savybės

Bruno ir kt. ištyrė TC4 titano lydinio, suformuoto EBM formavimo ir kalimo būdu, tempimo savybes. Kadangi EBM suformuotas TC4 titano lydinys formavimo proceso metu yra linkęs į porų defektus, o jo mikrostruktūra pasiskirsto netolygiai, todėl jo atsparumas tempimui, didžiausias takumo stiprumas yra atitinkamai 996 MPa ir 919 MPa, kuris yra šiek tiek mažesnis už kaltinio TC4 titano stiprumą. lydinys (tempiamasis stipris ir takumo riba yra atitinkamai 1034 MPa ir 991 MPa); Wang ir kt. taip pat ištyrė EBM suformuoto TC4 titano lydinio tempimo savybes. Nustatyta, kad jo tempiamasis stipris yra 1002 MPa, takumo riba yra 932 MPa, o pailgėjimas yra 14,4%. Visi eksploataciniai rodikliai yra aukštesni nei TC4 titano lydinio kaltinių po atkaitinimo ir senėjimo.

EBM suformuoto TC4 titano lydinio mechaninės savybės turi didelę anizotropiją. Bruno ir kt. ir Hrabe ir kt. nustatė, kad EBM formuotų pavyzdžių tempiamasis stipris horizontalia kryptimi buvo stipresnis nei vertikalia kryptimi, o formuotų pavyzdžių pailgėjimas horizontalia kryptimi buvo mažesnis nei pailgėjimas vertikalia kryptimi. Tai sukelia nelygūs B grūdeliai lydinio viduje: suformuotas pavyzdys daugiausia auga vertikalia kryptimi; mažesnių pirminių grūdelių susidarymas horizontalia kryptimi sumažina įtempių kaupimąsi grūdelių ribose, todėl atitolinamas įtrūkimų atsiradimas ir šiek tiek padidėja pailgėjimas.

Hrabe ir kt. nustatė, kad padidinus elektronų pluošto skenavimo greitį (neigiamai susijusį su energijos tankiu), plokštės storis šiek tiek sumažės (1,16 μm → 0,95 un), todėl 2 % padidėja tempiamasis stipris, takumo riba ir mikrokietumas. atitinkamai. , 3% ir 2%.

Formanoir ir kt. išlaikė EBM suformuotą TC4 titano lydinį 950 laipsnių temperatūroje 60 minučių ir 1040 laipsnių 30 minučių, naudodamas du aušinimo būdus: aušinimą vandeniu ir aušinimą oru. Lydinio tempiamasis stipris ir takumo riba buvo šiek tiek sumažinti, o pailgėjimas žymiai nepagerėjo. Tai rodo, kad tik pagrindinių EBM formavimo parametrų valdymas yra veiksmingas būdas pagerinti lydinio savybes.

3.2. EBM suformuoto TC4 titano lydinio nuovargio savybės

Chan ir kt. išbandytas EBM suformuoto TC4 titano lydinio ir valcuoto TC4 titano lydinio nuovargio tarnavimo laikas (ciklų skaičius), veikiant kintamam lenkimo įtempiui 600 MPa (±10%). Rezultatai rodo, kad EBM suformuoto TC4 titano lydinio nuovargio trukmė sudaro tik 17 % valcuoto lydinio nuovargio trukmės; EBM suformuoto TC4 titano lydinio lūžis dėl prastų lydymosi vietų pasiskirsto skirtingų formų poromis, o jo paviršiaus šiurkštumas taip pat toli. Aukštesnis nei valcuotas TC4 titano lydinys, o tai yra svarbi mažo nuovargio naudojimo priežastis.

Tammas-Williams ir kt. nustatyta, kad karštas izostatinis presavimas gali veiksmingai pašalinti daugumą EBM suformuoto TC4 titano lydinio porų, tačiau jei mėginyje yra tunelio skylių ir jos yra sujungtos su paviršiumi, aukšto slėgio argono dujos, apdorojamos HIP, prasiskverbs į tunelius. . Porose šie tunelio defektai šiek tiek išsiplečia, todėl HIP gydymas nepavyksta; dangos pridėjimas prie mėginio, kol HIP gali pašalinti tunelio defektus. Shui ir kt. nustatė, kad po EBM suformuoto TC4 titano lydinio apdorojimo HIP, nors grebėstai tapo storesni, sumažėjo dislokacijos tankis, o tempiamasis stipris ir takumo stipris sumažėjo atitinkamai nuo 870 MPa ir 788 MPa iki 819 MPa ir 711 MPa, HIP apdorojimas padarė struktūrą tolygesnę, Lydinio santykinis tankis padidėjo nuo 99,3% iki 99,8%, sumažinant plyšių atsiradimo šaltinius, taip padidinant nuovargio stiprumą nuo 460boa iki 580MPa.