Az EBM TC4 titánötvözet kialakításának előrehaladása

Először az alkatrész 3D-s modelljét szeleteljük és rétegezzük egy bizonyos vastagság szerint a Magicsl9.0 szoftver segítségével, hogy megkapjuk az alkatrész általános 2D-s információit. Ezután az EBM rendszer egyenletesen eloszlatja az ötvözetport egy bizonyos vastagságig a hordozón, és hőforrásként a volfrámhuzalon áthaladó áram által képzett elektronsugarat használja. A fókuszáló tekercs és az elektromágneses eltérítő tekercs hatására a hordozón lévő ötvözetpor feldolgozásra kerül. Scan olvad. Minden alkalommal, amikor az elektronsugár átpásztázza és megolvaszt egy réteget, a munkapad egy rétegmagassággal esik le, majd a port újra szétterítik. Az elektronsugár többször végigpásztázza és megolvasztja a folyamatot, és minden feldolgozott réteg egy egésszé kondenzálódik. A teljes gyártási folyamat vákuumkörnyezetben zajlik, hatékonyan elkerülve annak lehetőségét, hogy a titánötvözet a feldolgozás során oxidálódjon. A gyártás befejezése után az EBM rendszer kiveszi az alkatrészeket az építőkamrából és a porvisszanyerő rendszerbe helyezi. A PRS-ben nagynyomású levegőt használnak az alkatrészek felületére tapadt por eltávolítására, és végül sima felületű fröccsöntött alkatrészeket kapnak.

Az EBM technológia fő paraméterei közé tartozik az elektronsugár áram, a gyorsítási feszültség, a pásztázási sebesség, a rétegvastagság, a pásztázási vonaltávolság és a fókuszkompenzáció. Ezen paraméterek beállításával különböző energiasűrűség érhető el, például az elektronnyaláb áramának növelése vagy a pásztázási sebesség csökkentése. Nagyobb energiasűrűség érhető el. Az energiasűrűség mértéke nagymértékben befolyásolja az öntött alkatrészek mikroszerkezetét, hibáit és mechanikai tulajdonságait. A megfelelő energiasűrűség javítja az ötvözet mechanikai tulajdonságait. Az EBM technológia egyedi alakítási eljárásának köszönhetően az EBM formázott TC4 titánötvözetből alakított részek mikroszerkezete és mechanikai tulajdonságai eltérnek a hagyományosan gyártott (például kovácsolt) TC4 titánötvözetből alakított alkatrészekétől.

2.1 Az EBM formájú TC4 titánötvözet mikroszerkezete és befolyásoló tényezői

Az EBM képződött TC4 titánötvözet hőmérsékletváltozása az alakítási folyamat során befolyásolja annak mikroszerkezetét. Először is, a por megolvad az elektronsugár hatására, és a folyékony ötvözet hőmérséklete eléri a körülbelül 1700 fokot, ami sokkal magasabb, mint a TC4 titánötvözet fázisátalakulási hőmérséklete (995 fok). Ekkor a folyékony ötvözet eredeti szemcsékből áll; majd, ahogy az elektronsugár távolodik, a folyékony ötvözet gyorsan lehűl az építési hőmérsékletre (általában 650-700 fok), hogy stabil maradjon és megszilárduljon. Ekkor az ötvözet → + -on megy keresztül, és a tűszerű fázis és az oszlopos fázis kicsapódik. A1-Bermani et al. úgy gondolja, hogy amikor a hűtési sebesség nagyobb, mint 410 fok/s ebben a szakaszban, metastabil martenzit válik ki, amely hosszú ideig magas hőmérsékletű környezetben + réteges szerkezetté bomlik, és a legtöbb Finom tűszerű lécek, kis fázisrésszel. Ezután a kialakult TC4 titánötvözet lassan az építési hőmérsékletről szobahőmérsékletre hűl, és az ötvözet mikroszerkezete nem változik jelentősen, továbbra is + fázisokból áll. Az EBM formázott TC4 titánötvözet és a kovácsolt TC4 titánötvözet mikroszerkezetét a 2. ábra mutatja.

Hazai és külföldi tudósok sok kutatást végeztek az EBM-el alakított TC4 titánötvözetek mikroszerkezetével kapcsolatban, és azt találták, hogy olyan tényezők, mint az öntési folyamat paraméterei, a fröccsöntött részek helyzete és a fröccsöntött részek mérete befolyásolják a hűtési sebességet. az ötvözet az öntési folyamat során, ezáltal befolyásolja annak szemcseméretét. Hrabe et al. megállapította, hogy amennyiben az energiabevitel biztosítja, hogy a TC4 titánötvözet port teljesen megolvasztja, és sűrű részeket képezzen, az elektronsugár pásztázási sebességének megfelelő növelése az olvadt medence méretének csökkenését, a hűtési sebesség növekedését okozza, és így finomabb részecskék válnak ki. léc és béta fázis. Murr et al. és Wang és mtsai. azt találta, hogy az EBM-formázott TC4 titánötvözet mikroszerkezete különböző helyeken eltérő. Ahogy a 3. ábrán látható, az alacsonyabb lerakódási magasságú pozíció nagyobb hűtési sebességgel rendelkezik, mivel közelebb van a fröccsöntő hordozóhoz. Ez egy instabil növekedési zóna, és hajlamos a finom tűszerű fázis kicsapódására; a nagyobb lerakódási magasságú pozíció nagyobb hűtési sebességgel rendelkezik. Minél vastagabb a léc, annál nagyobbak a szemcsék; egy bizonyos magasságig történő lerakás után stabil növekedési zónában van, a léc és a szemcsék mérete általában stabil. Wang és mtsai. is tanulmányozta a fröccsöntött alkatrész méretének hatását az EBM-el alakított TC4 titánötvözet mikroszerkezetére, és megállapította, hogy a rétegenkénti olvadási és megszilárdulási folyamat során a kisebb minták nagyobb hűtési sebességgel bírtak, így finomabb fázisok váltak ki. Galarraga et al. tovább tanulmányozta, és megállapította, hogy az EBM fröccsöntött TC4 titánötvözet mikroszerkezetében bekövetkezett változások összefüggésben vannak az építőkamrában való tartózkodási idővel. Ha a tartózkodási idő túl hosszú, akkor a lerakódási magasság alsó részén a lerakódási magasság alacsonyabb lesz, a mikrostruktúra pedig durvább lesz. eredmény. )

2.2 Az EBM öntött TC4 titánötvözet hibái

A folyamatparaméterek helytelen megválasztása vagy a folyamat zavarása miatt az EBM-ből kialakított TC4 titánötvözet alkatrészek különféle hibákat okozhatnak. Zhai et al. megállapította, hogy az EBM-öntött TC4 titánötvözet mikroszerkezetében két tipikus hiba van: az egyik a pórus, amelyet a hibás porban magával ragadott argongáz okoz; a másik az ötvözetpor rossz olvadása által okozott pórus.

Gong et al. A TC4 titánötvözet hibáit két fő kategóriába sorolta a bemeneti elektronsugár energiasűrűsége alapján. Túl alacsony energiasűrűség esetén nem elegendő az olvadékmedencéket teljesen összekapcsolni az olvadékmedencékkel és a rétegek között, szabálytalan olvadási hibákat hozva létre, amelyekhez bizonyos mennyiségű pórusok társulnak. Ha az energiasűrűség túl magas, a helyi hő gyorsan emelkedik. Amikor a por megolvad, felületi feszültség hatására szferoidizálódik (a por hővezető képessége alacsony), ezáltal pórusokat képez. Kahnert et al. megállapította, hogy ha túl nagy az energiabevitel, akkor nemcsak a fröccsöntött alkatrészek felületi minősége romlik, de súlyos esetekben a porbevonat-rendszer célgépe is leáll, így magát a gyártási folyamatot is le kell állítani. Ezen túlmenően, ha az elektronnyaláb árama meghalad egy bizonyos küszöböt, az ötvözetpor elfújódik, szabálytalan pórusokat hagyva a rétegben. Súlyos esetekben a teljes porágy összeomlik, amint az 5. ábrán látható; A porágy előkészítése A hőt a tapadás javítására, az elektronsugár ötvözetporra ható tolóerejének leküzdésére és a por összeomlásának elkerülésére használják. A hibák hátrányosan befolyásolják a C4 titánötvözet mechanikai tulajdonságait. A hibák előfordulásának csökkentése érdekében optimalizálni kell az EBM folyamatparamétereket, például a pásztázási sebesség szabályozását, a pásztázási sortávolság beállítását és az elektronsugár áramának optimalizálását.

3.1 Az EBM formázott TC4 titánötvözet szakító tulajdonságai

Bruno et al. tanulmányozta az EBM alakítással és kovácsolással kialakított TC4 titánötvözet szakító tulajdonságait. Mivel az EBM formázott TC4 titánötvözet hajlamos a pórushibákra az alakítási folyamat során, és a mikroszerkezete egyenetlenül oszlik el, ami a szakítószilárdságát eredményezi, a legnagyobb folyáshatár 996 MPa, illetve 919 MPa, ami valamivel alacsonyabb, mint a kovácsolt TC4 titán szilárdsága. ötvözet (a szakítószilárdság és a folyáshatár 1034 MPa, illetve 991 MPa); Wang és mtsai. az EBM formázott TC4 titánötvözet szakító tulajdonságait is tanulmányozta. Megállapították, hogy szakítószilárdsága 1002 MPa, folyáshatára 932 MPa, nyúlása 14,4%. Minden teljesítménymutató magasabb, mint a TC4 titánötvözetből készült kovácsolt termékeké az izzítás és öregedés után.

Az EBM formájú TC4 titánötvözet mechanikai tulajdonságaiban jelentős anizotrópia figyelhető meg. Bruno et al. és Hrabe és mtsai. megállapította, hogy az EBM öntött minták szakítószilárdsága vízszintes irányban erősebb, mint függőleges irányban, míg a formázott minták vízszintes irányú nyúlása kisebb, mint a függőleges irányú nyúlás. Ezt az ötvözet belsejében lévő egyenetlen B szemcsék okozzák: az öntött minta főleg függőleges irányban nő; a vízszintes irányú kisebb primer szemcsék kialakulása csökkenti a feszültség felhalmozódást a szemcsehatárokon, ezáltal késlelteti a repedések keletkezését és némileg nagyobb nyúlást tesz lehetővé.

Hrabe et al. azt találta, hogy az elektronsugár pásztázási sebességének növelése (negatív összefüggésben az energiasűrűséggel) kismértékben csökkenti a lemez vastagságát (1,16 μm → 0,95 un), ezáltal 2%-kal növeli a szakítószilárdságot, a folyáshatárt és a mikrokeménységet illetőleg. , 3% és 2%.

Formanoir et al. Az EBM-ből kialakított TC4 titánötvözetet 950 fokon 60 percig, illetve 1040 fokon 30 percig tartotta, két hűtési módszerrel: vízhűtés és léghűtés. Az ötvözet szakítószilárdsága és folyáshatára kismértékben csökkent, a nyúlás nem javult jelentősen. Ez azt mutatja, hogy csak az EBM alakítás kulcsparamétereinek szabályozása hatékony módja az ötvözet tulajdonságainak javításának.

3.2 Az EBM formázott TC4 titánötvözet fáradási tulajdonságai

Chan és mtsai. tesztelte az EBM formált TC4 titánötvözet és a hengerelt TC4 titánötvözet fáradási élettartamát (ciklusok számát) 600 MPa (±10%) váltakozó hajlítófeszültség hatására. Az eredmények azt mutatják, hogy az EBM-formázott TC4 titánötvözet kifáradási élettartama mindössze 17%-a a hengerelt ötvözet kifáradási élettartamának; az EBM formájú TC4 titánötvözet törése a rossz olvadási területek miatt eltérő alakú pórusokkal oszlik el, és a felületi érdesség is messze van. Magasabb, mint a hengerelt TC4 titánötvözet, ami fontos oka alacsony kifáradási élettartamának.

Tammas-Williams et al. azt találta, hogy a forró izosztatikus préselés hatékonyan képes eltávolítani a legtöbb pórust az EBM-formázott TC4 titánötvözetből, de ha a mintában néhány alagút lyuk van, és ezek a felülethez kapcsolódnak, a HIP kezelés alatt álló nagynyomású argongáz behatol az alagutakba. . A pórusokban ezek az alagúthibák kissé kitágulnak, ami a HIP-kezelés sikertelenségét okozza; bevonat hozzáadása a mintához, mielőtt a HIP eltávolítaná az alagúthibákat. Shui et al. megállapította, hogy az EBM-formázott TC4 titánötvözet HIP-kezelése után, bár a lécek vastagabbak lettek, a diszlokációs sűrűség csökkent, a szakítószilárdság és a folyáshatár 870 MPa-ról 788 MPa-ról 819 MPa-ra, illetve 711 MPa-ra csökkent, a HIP-kezelés egységesebbé tette a szerkezetet. az ötvözet relatív sűrűsége 99,3%-ról 99,8%-ra nőtt, csökkentve a repedés keletkezési forrásait, ezáltal a kifáradási szilárdságot 460boa-ról 580MPa-ra növelve.