TC4 titano lydinys yra plačiai naudojamas kosmoso, chemijos, biomedicinos ir kitose svarbiose srityse dėl savo atsparumo korozijai, didelio specifinio stiprumo, gero kietumo ir puikaus biologinio suderinamumo. Tačiau TC4 titano lydinio apdorojimas tradiciniu būdu turi trūkumų, susijusių su mažu medžiagų panaudojimu, didelėmis gamybos sąnaudomis ir sudėtinga deformacija, o tai rimtai riboja TC4 titano lydinio populiarinimą ir taikymą, o 3D spausdinimo technologijos atsiradimas pagerins šią situaciją. .
3D spausdinimas, kurio mokslinis pavadinimas yra priedų gamyba, atsirado 1990-ųjų greitojo prototipų kūrimo technologijoje. Skirtingai nuo atimančios gamybos, jame naudojamas diskretiškas / krovimo principas, kompiuterinės technologijos, skirtos apdoroti 3D kieto modelio dalis, supjaustytas tam tikro storio plonais griežinėliais, 3D spausdinimo įranga duomenų analizei apdoroti ir nepertraukiamai apdoroti. kiekvieno plono gabalo apdorojimas ir sukrovimas, po kurio susidaro tankios kietos dalys. 3D spausdinimo technologija tinka apdoroti bet kokios formos dalis ir turi aukštą medžiagos panaudojimo greitį, mažą kainą, 3D spausdinimo technologija tinka bet kokios formos dalims apdoroti, o privalumai yra didelis medžiagų panaudojimas, maža kaina, didelis lankstumas ir aukšta integracija, ypač tinka TC4 titano lydinio liejimui. 3D spausdinimo technologija daugiausia apima selektyvaus lazerinio lydymo ir liejimo technologiją (selektyvus lazerinis lydymas (SLM), lazeriu sukurta tinklo formavimo technologija (lazerinis tinklelio formavimas (LENS)) ir elektronų pluošto lydymo ir liejimo technologija (elektronų pluošto lydymas (EBM)), kuris yra pažangiausia technologija pramonėje. elektronų pluošto lydymas (EBM). Tarp jų, EBM liejimas turi daug pranašumų, palyginti su kitomis dviem liejimo technologijomis: (1) EBM liejimas naudoja elektronų pluoštą kaip energijos šaltinį, gamybos procese neatsispindi , didelis energijos panaudojimas; (2) EBM formavimas atliekamas vakuuminėje aplinkoje, kuri gali veiksmingai išvengti kitų oro elementų užteršimo; (3) EBM formavimas yra efektyvesnis nei kitos liejimo technologijos dėl didelio energijos sąnaudų. ir didelis nuskaitymo greitis; (4) EBM liejimas yra efektyvesnis nei kitos liejimo technologijos dėl didelės energijos sąnaudos ir didelio nuskaitymo greičio; (5) EBM formavimas yra efektyvesnis nei kitos liejimo technologijos. (4) EBM liejimo dalys turi mažesnį liekamąjį įtempį ir joms nereikia vėlesnio terminio apdorojimo, taupant energiją.
Šis straipsnis pradedamas nuo EBM technologijos principo, apibendrinami atitinkami tyrimų rezultatai šalyje ir užsienyje, aprašoma TC4 titano lydinio dalių, formuotų EBM pagal skirtingus proceso parametrus, mikrostruktūra, defektai ir mechaninės savybės, o galiausiai laukiama jos taikymo perspektyvų.
1. EBM principas ir pagrindiniai parametrai
Visų pirma, Magicsl9.{1}} programinė įranga supjausto ir susluoksniuoja detalės 3D modelį pagal tam tikrą storį, kad gautų bendrą dvimatę detalės informaciją. Tada EBM sistema tolygiai paskirsto lydinio miltelius ant pagrindo pagal tam tikrą storį ir nuskaito bei išlydo ant pagrindo esančius lydinio miltelius elektronų pluoštu, kurį sudaro srovė, einanti per volframo siūlą kaip šilumos šaltinį veikiant fokusavimo ritė ir elektromagnetinio nukreipimo ritė. Kiekvienas nuskaitymo lydymosi sluoksnis elektronų pluošto, lentelė nukris sluoksnio aukštis, o tada vėl padėkite miltelius, elektronų pluoštą pakartoti skenavimo lydymosi procesą, ir kiekvienas apdorotas sluoksnis vienas kitą sutankins į visumą. Visas gamybos procesas vykdomas vakuuminėje aplinkoje, todėl efektyviai išvengiama titano lydinio oksidacijos galimybės apdorojimo metu. Po pagaminimo EBM sistema išima dalį iš pastatymo kameros ir įdeda į miltelių regeneravimo sistemą (PRS), kuri naudoja aukšto slėgio orą, kad pašalintų prie detalės paviršiaus prilipusius miltelius, todėl suformuojama dalis su lygiu paviršiumi. .
Pagrindiniai EBM technologijos parametrai yra elektronų pluošto srovė, greitinimo įtampa, skenavimo greitis, sluoksnio storis, skenavimo linijų atstumas ir židinio taško kompensacija ir kt. Koreguojant šiuos parametrus, pvz., didinant elektronų pluošto srovę, galima gauti skirtingus energijos tankius. arba sumažinus nuskaitymo greitį, galima gauti didesnį energijos tankį. Energijos tankio dydis labai veikia formuojamų dalių mikrostruktūrą, defektus ir mechanines savybes, o dėl tinkamo energijos tankio lydinys turės geresnes mechanines savybes. Dėl unikalaus EBM technologijos liejimo proceso EBM formuotų TC4 titano lydinio detalių mikrostruktūra ir mechaninės savybės skiriasi nuo įprastu būdu pagamintų (pvz., kaltinių) TC4 titano lydinio lietinių dalių.
2.EBM formuojantis TC4 titano lydinio mikrostruktūra ir defektai
2.1 EBM, formuojantis TC4 titano lydinio mikrostruktūrą ir įtaką darantys veiksniai
EBM, sudarančio TC4 titano lydinį, temperatūros pokytis formavimo procese turi įtakos jo mikrostruktūrai. Visų pirma, milteliai išsilydo veikiant elektronų pluoštui, o skysčio lydinio temperatūra pasiekia apie 1700 laipsnių, o tai yra daug aukštesnė nei TC4 titano lydinio fazių pereinamojo laikotarpio temperatūra (995 laipsniai), šiuo metu skystis. lydinys susideda iš originalių grūdelių; ir tada, pašalinus elektronų pluoštą, skystas lydinys greitai atšaldomas iki susidarymo temperatūros (paprastai 650-700 laipsnio), kad išliktų stabilus, ir tampa kietos būsenos, šiuo metu lydinys patiria → + ir akikulinės fazės nusodinimas. Smailiosios fazės ir stulpelio fazės nusodinimas. A1-Bermani ir kt. tikiu, kad šiame aušinimo greičio, didesnio nei 410 laipsnių per sekundę etape, nusodins substabilus martensitas, ilgą laiką esant aukštai temperatūrai ir suirus + sluoksniuotai struktūrai, o dauguma smulkių smailių juostų ir mažos fazės dalis. Po TC4 titano lydinio formavimo pastato temperatūra lėtai atvėsus iki kambario temperatūros, lydinio mikrostruktūra reikšmingai nepasikeitė, vis dar sudaryta iš + fazės. EBM liejimas TC4 titano lydinio ir TC4 titano lydinio mikrostruktūros kalimas, kaip parodyta 2 paveiksle.
EBM formavimo TC4 titano lydinio mikrostruktūros mokslininkai namuose ir užsienyje atliko daug tyrimų ir nustatė, kad liejimo proceso parametrai, liejimo dalių vieta, liejimo dalies dydis ir kiti veiksniai turės įtakos lydinio aušinimo greičiui formavimo procese. o tai savo ruožtu turi įtakos jo grūdelių dydžiui. Hrabe ir kt. nustatė, kad užtikrinant energijos įvedimą, kad TC4 titano lydinio milteliai visiškai ištirptų ir susidarytų tanki dalis, atitinkamai padidinkite elektroninį pluoštą. Dėl nuskaitymo greičio mažėja lydalo baseino dydis ir aušinimo greitis. padidėti, dėl to iškrenta smulkesnės -lamelės ir -fazės.Murr ir kt. ir Wang ir kt. nustatė, kad EBM suformuotų TC4 titano lydinių mikrostruktūros skirtingose vietose buvo skirtingos. Kaip parodyta 3 paveiksle, mažesnio nusodinimo aukščio padėtis dėl arčiau liejimo pagrindo ir dėl to didesnio aušinimo greičio yra nestabili augimo zona, kurioje lengvai nusodinama smulkia adata primenanti fazė; kuo didesnis grebėstų padėties nusodinimo aukštis, tuo didesnis grūdelis; tam tikro aukščio nusodinimas, grebėstas yra stabilaus augimo zonoje, taip pat grūdų dydis linkęs stabilizuotis. Wang ir kt. taip pat ištyrė lietų dalių dydžio įtaką EBM suformuoto TC4 titano lydinio mikrostruktūrai ir nustatė, kad lydymosi ir kietėjimo procese sluoksnio po sluoksnio mažesnių mėginių aušinimo greitis buvo didesnis, todėl nusodintas smulkesnis. -fazė.Galarraga ir kt. toliau tyrė ir nustatė, kad EBM suformuoto TC4 titano lydinio mikrostruktūros pokytis buvo susijęs su jo buvimo pastato kameroje trukme, o buvimo laikas buvo per ilgas, o tai lemtų žemesnio aukščio ir aukštesnės mikrostruktūros nusėdimą. nuleidimo aukščio apačioje. aukštis mažesnis, mikrostruktūra stambesni rezultatai.
2.2 TC4 titano lydinio EBM liejimo defektai
Dėl netinkamo proceso parametrų pasirinkimo arba proceso trukdžių, TC4 titano lydinio dalių EBM formavimas gali sukelti įvairių defektų. Zhai ir kt. nustatė, kad yra du tipiški TC4 titano lydinio EBM liejimo mikrostruktūros defektai: vienas yra poringumas, kurį sukelia argono dujos, įstrigusios brokuotuose milteliuose; kitas yra poringumas dėl prasto lydinio miltelių lydymosi.
Gong ir kt. suskirstė TC4 titano lydinio defektus į dvi pagrindines kategorijas pagal įvesties elektronų pluošto energijos tankio lygį. Kai energijos tankis per mažas, neužtenka visiškai sujungti lydalo baseiną su lydalo baseinu ir sluoksnius su sluoksniais, susidaro netaisyklingi lydymosi defektai, lydimi tam tikro poringumo. Kai energijos tankis yra per didelis, dėl to greitai pakyla vietinė šiluma, milteliai tirpsta veikiant paviršiaus įtempimui balionu (mažas miltelių šilumos laidumas), todėl susidaro poros. Kahnert ir kt. nustatė, kad energijos sąnaudos yra per didelės, todėl pablogės suformuotų dalių paviršiaus kokybė, o rimtais atvejais nustos veikti miltelinio dažymo sistemos taikymo mašina, todėl reikės nutraukti pats gamybos procesas. Be to, elektronų pluošto srovei viršijus tam tikrą slenkstį, lydinio milteliai bus nupūsti, sluoksnyje liks netaisyklingos poros, dėl ko sunkiais atvejais sugrius visas miltelių sluoksnis, kaip parodyta 5 paveiksle; Iš anksto pakaitinus miltelių sluoksnį, siekiant pagerinti jo sukibimą ir įveikti elektronų pluošto trauką į lydinio miltelius, galima išvengti miltelių žlugimo. Defektai turės neigiamą poveikį mechaninėms C4 titano lydinio savybėms, todėl EBM proceso parametrai turi būti optimizuoti, pvz., valdyti nuskaitymo greitį, reguliuoti skenavimo linijų tarpus ir optimizuoti elektronų pluošto srovę, kad būtų sumažintas defektų susidarymas.
3. EBM formuoto TC4 titano lydinio mechaninės savybės
3.1 EBM formuoto TC4 titano lydinio tempimo savybės
Bruno ir kt. ištyrė EBM formuojamų ir kalimo būdu formuotų TC4 titano lydinių tempimo savybes, dėl to, kad EBM formuoti TC4 titano lydiniai formavimo proceso metu yra linkę į porų defektus ir jų mikrostruktūros pasiskirstymas nėra vienalytis, todėl didžiausias tempimas ir takumo ribos atitinkamai 996 MPa ir 919 MPa, kurios yra šiek tiek mažesnės nei kalimo būdu suformuotų TC4 titano lydinių (tempimo ir takumo stipris 1034 MPa ir 991 MPa:); Wang ir kt. takumo riba atitinkamai 1034MPa, 991MPa:); Wang ir kt. taip pat ištyrė EBM liejimo TC4 titano lydinio tempimo savybes ir nustatė, kad jo tempiamasis stipris buvo 1002 MPa, takumo riba 932 MPa, o pailgėjimas buvo 14,4%, visa tai buvo didesnė nei TC4 titano lydinio kaltinių po atkaitinimo ir senėjimo apdorojimo. .
Didelė anizotropija egzistuoja EBM formuoto TC4 titano lydinio mechaninėse savybėse.Bruno ir kt. ir Hrabe ir kt. nustatė, kad EBM formuotų pavyzdžių tempiamasis stipris horizontalia kryptimi yra stipresnis nei vertikalia kryptimi, o formuotų pavyzdžių pailgėjimas horizontalia kryptimi yra mažesnis nei vertikalia kryptimi. Taip yra dėl B grūdelių nehomogeniškumo lydinyje: suformuotas pavyzdys auga daugiausia vertikalia kryptimi; mažesnių pirminių grūdelių susidarymas horizontalia kryptimi sumažina įtempių susidarymą grūdelių ribose, o tai atitolina plyšio atsiradimą ir sukelia šiek tiek didesnį pailgėjimą.
Hrabe ir kt. nustatė, kad padidėjus elektronų pluošto skenavimo greičiui (kuris neigiamai koreliuojamas su energijos tankiu) šiek tiek sumažėjo juostų storis (1,16 μm → 0,95 un), o tai savo ruožtu padidino tempimą. stiprumas, takumo riba ir mikrokietumas atitinkamai 2%, 3% ir 2%.
Formanoir ir kt. EBM liejimo TC4 titano lydinys buvo laikomas 950 laipsnių 60 minučių ir 1040 laipsnių 30 minučių, naudojant aušinimą vandeniu ir oro aušinimą dviem aušinimo būdais, lydinio tempiamasis stipris ir takumo riba šiek tiek sumažėjo, pailgėjimas reikšmingai nepadidėjo, tai rodo, kad tik pagrindinių EBM liejimo parametrų valdymas yra veiksmingas būdas pagerinti lydinio veikimą.
3.2 EBM formuoto TC4 titano lydinio nuovargio savybės
Chan ir kt. išbandytas EBM suformuoto TC4 titano lydinio ir valcuoto TC4 titano lydinio nuovargio tarnavimo laikas (ciklų skaičius) esant kintamam 600 MPa (±10%) lenkimo įtempiui. Rezultatai rodo, kad EBM suformuoto TC4 titano lydinio nuovargio trukmė sudaro tik 17% valcuoto lydinio nuovargio trukmės; EBM suformuoto TC4 titano lydinio lūžis pasiskirsto skirtingomis porų formomis dėl prastai išlydytų sričių, o jo paviršiaus šiurkštumas yra daug didesnis nei valcuoto TC4 titano lydinio, o tai yra svarbi mažo nuovargio naudojimo priežastis.
Tammas-Williams ir kt. nustatė, kad apdorojimas karštu izostatiniu slėgiu gali veiksmingai pašalinti daugumą EBM suformuoto TC4 titano lydinio porų, tačiau jei mėginiuose yra kelios tunelinės skylės ir jos yra sujungtos su paviršiumi, aukšto slėgio argono dujos, apdorojamos HIP, prasiskverbs į tuneliavimo skylės, dėl kurių šie tunelio defektai šiek tiek išsiplėtė, todėl HIP gydymas nepavyksta; dangų pridėjimas prie mėginių prieš HIP gali pašalinti tunelio defektus. Shui ir kt. nustatė, kad po HIP apdorojimo iš EBM suformuoto TC4 titano lydinio, nors lentjuostė tampa storesnė, dislokacijos tankis mažėja, o tempiamasis stipris ir takumo riba sumažėja atitinkamai nuo 870 MPa ir 788 MPa iki 819 MPa ir 711 MPa, HIP apdorojimas. Organizacija tampa homogeniškesnė, o lydinio santykinis tankis padidėja nuo 99,3% iki 99,8%, o tai sumažina įtrūkimų atsiradimo šaltinį, o tai savo ruožtu padidina nuovargio stiprumą nuo 460 boa iki 580 MPa.
4. Išvada
Apibendrinant galima teigti, kad vietinių ir užsienio tyrimų, susijusių su EBM, sudarančiomis TC4 titano lydinį, rezultatai rodo, kad: EBM formuojantis TC4 titano lydinio makroskopinė struktūra, skirta koloninių kristalų augimui pastato kryptimi, mikrostruktūra + sluoksniuotai struktūrai, kuo greitesnis aušinimo greitis, lengviau gauti smulkesnę mikrostruktūrą. Optimizavus proceso parametrus, EBM turi geriausią energijos tankį, o tai gali veiksmingai išvengti daugybės defektų susidarymo. Vėlesnis apdorojimas HOP taip pat gali pašalinti poras ir homogenizuoti mikrostruktūrą, o tai žymiai pagerina nuovargio savybes, nors dėl to grūdai sutirštėja, sumažėja dislokacijos tankis ir šiek tiek sumažėja lydinio stiprumas. Optimizuoti EBM liejimo proceso parametrus, papildytus atitinkamu tolesniu apdorojimu, galima gauti naudojant įprastą TC4 titano lydinių liejimą ir kalimą, kurių našumas yra panašus. EBM taupo žaliavas, greitai, efektyviai, lengvai formuoja sudėtingas ruošinio formas. liejimo, ir palaipsniui pakeis dabartinius atimamosios gamybos metodus, naudojamus aviacijos, chemijos ir medicinos srityse.
