Kommer värmebehandling att påverka delarnas dimensionella noggrannhet?

一, Det huvudsakliga sättet att värmebehandling ändrar storleken på saker
1. Att släppa kvarstående stress och termisk stress
Metall 3D-utskriftsmetoden värmer och kyler snabbt materialet, vilket orsakar inre gallerförvrängning och kvarvarande spänning. För att lindra stress genom avslappning av gitter, är värmebehandling uppvärmning till en temperatur under omkristallisationstemperaturen (till exempel hålla titanlegering vid 800 grader i 2 timmar). Men ojämnheten i spänningsutlösning kan inducera lokal deformation. Till exempel, om utformningen av stödstrukturen för turbinblad för flygplansmotorer inte är bra, kan borttagning av stödet efter värmebehandling inducera lokal spänningskoncentration och bladeggskevning, med en deformation på 0,1–0,3 mm.
2. Förändring i volym på grund av en fasförändring
Under värmebehandling kan material ändra faser (sådan martensitisk omvandling), vilket kan få deras volym att växa eller krympa. Till exempel kan nickel-baserade hög-temperaturlegeringar ändras från austenit till martensit om kylningshastigheten är för hög efter lösningsbehandling (1080 grader i 1 timme). Detta kan göra att delar som trycks med laserpulverbäddsmältning (LPBF) expanderar i volym och ändrar storlek. Experimentella data indikerar att det kritiska dimensionsfelet för komponenter som saknar en reglerad kylhastighet kan uppnå ± 0,05 mm efter -värmebehandling, utöver de tillåtna gränserna som fastställts av flygstandarder.
3. Tillväxt av korn och homogenitet av vävnader
Att kontrollera uppvärmningshastigheten och hålltiden under värmebehandling kan förbättra vävnadens enhetlighet och kornstorlek. Men om kornen växer ojämnt kan det orsaka olika mycket krympning på olika ställen. Uppvärmning av kontinuerlig kolfiberförstärkt komposit (CCFRC) till 100 grader höjer till exempel dess matriskristallinitet från 17,42 % till 22,76 %. Men om fibrerna inte är jämnt fördelade kan det generera en storleksskillnad på 0,02 till 0,05 mm, vilket skulle göra det svårare att sätta ihop saker på rätt sätt.
2, Ett vanligt exempel: värmebehandling har två effekter på dimensionsnoggrannheten
1. Flyg: att hitta den rätta balansen mellan hög noggrannhet och hög prestanda
Boeing tillverkar flygplansfästen med LPBF-teknik, men de måste värmebehandlas- för att höja sin draghållfasthet till 520 MPa. Men efter värmebehandling blir det svårt att hålla bitarnas dimensioner stabila. Gör följande för att få exakt kontroll:
Pre-deformationskompensation: Använd omvänd för-deformation på originalmodellen för att få den kompenserade modellen närmare den optimala storleken efter värmebehandling. Detta kommer att förbättra utskriftsnoggrannheten med 66,2 %.
Segmenterad uppvärmning och kylning: Använd en fasad uppvärmningsmetod (håller vid 50 grader i 30 minuter) och fördröjd kylning (luftkylning efter ugnskylning till 200 grader) för att minska termisk stress som produceras av temperaturgradienter, med deformation som regleras inom ± 0,03 mm.
2. Medicinska implantat: kombinationen av biokompatibilitet och dimensionell korrekthet
Vid 3D-utskrift av acetabulära koppar av titanlegering måste den mikroporösa ytstrukturen (5–10 μm) vara mycket exakt vad gäller storlek. Ett visst företag får exakt kontroll med den kombinerade metoden "stressavlastningsglödgning + syraetsning":
Stressreducerande glödgning: Håll i 650 grader i 2 timmar för att bli av med eventuell överbliven tryckspänning och göra storleksförändringar mindre sannolika under nästa syraetsning.
Syraetsningsbehandling: Använd en blandning av fluorvätesyra och salpetersyralösning för att etsa i 10 minuter för att skapa homogena mikroporer. Detta kommer att förhindra att spänningsutlösning orsakar lokal korrosion. Storleksskillnader bör hållas inom ± 0,02 mm.
3. Industriella formar: Hitta rätt balans mellan kostnad och användning
Genom proceduren "solid solution+aging" för värmebehandling har ett specifikt företag gjort aluminiumlegeringsformar hårdare till 120HB. Men de måste hitta en kompromiss mellan kostnad och noggrannhet:
Den kostnads-effektiva metoden är att endast sandblästra (Ra-värde mindre än eller lika med 3,2 μm) delarna för att uppfylla de typiska plastformningsbehoven. Detta minskar kostnaden för varje del med 40 %, men dimensionerna är inte särskilt stabila.
Hög-lösning: Öka CNC-precisionsbearbetningen (Ra-värde mindre än eller lika med 0,8 μm), vilket är bra för formdelar som behöver vara mycket blanka eller klara. Detta kommer att tredubbla bearbetningstiden, men dimensionsnoggrannheten kommer att vara ± 0,01 mm.
3, Strategi för att kontrollera dimensionell noggrannhet: förbättra processer och komma med ny teknik
1. Matcha processparametrar: få värmebehandlings- och tryckprocesserna att fungera tillsammans
Inställningarna för värmebehandlingen måste vara desamma som för 3D-utskriftsprocessen, såsom temperatur och kylningshastighet. Om du till exempel skriver ut Inconel 718-legering med LPBF och tryckskiktet är 0,05 mm tjockt, måste du använda en 1150 graders lösningsbehandling och en 720 graders åldringsbehandling för att minimera sprickor och dimensionsförändringar som inträffar när materialet svalnar för snabbt. Tester har visat att matchande parametrar kan få delar att hålla tre gånger längre och göra deras dimensioner mer stabila med 50 %.
2. Smart värmeledningssystem: håller ett öga på saker i realtid och gör ändringar efter behov
Med hjälp av infraröda sensorer och temperaturåterkopplingskontroll gör det intelligenta värmehanteringssystemet det termiska fältet mer enhetligt. AI-systemet tillverkat av Platinum Technology kan ändra laserkraften och skanningshastigheten i realtid. Detta förhindrar att temperaturen ändras för mycket under utskrift av titanlegeringsfästen och håller den inom ± 5 grader. Efter värmebehandling minskar systemet även dimensionsavvikelsen från ± 0,05 mm till ± 0,02 mm.
3. Nya sätt att värmebehandla saker: lokal uppvärmning och kompositprocessen
Lokal värmebehandling: Induktionsvärme eller laser lokal värmebehandling används på stora delar för att förhindra att de deformeras när de värms upp överallt. Genom lokal lösningsbehandling har ett specifikt flygfäste nått en draghållfasthet på 520 MPa och dimensionsstabilitet bättre än ± 0,03 mm.
Kompositprocess: använder värmebehandling och varm isostatisk pressning (HIP) tillsammans för att bli av med inre skavanker och förbättra strukturen. Utmattningslivslängden för turbinbladen för GE flygmotorer är tre gånger längre efter HIP-behandling, och den dimensionella deformationen hålls under 0,05 %.