كيف تؤثر معلمات المعالجة الحرارية على أداء الجزء النهائي؟

1. معلمة درجة الحرارة: إعادة بناء البنية المجهرية مدفوعة بمرحلة انتقالية
التحكم في درجة حرارة المحلول الصلب وتكوين الطور
درجة حرارة معالجة المحلول لها تأثير مباشر على مدى جودة ذوبان عناصر السبائك في المصفوفة المعدنية. إن قلب التقوية للفولاذ المقاوم للصدأ 17-4PH المطبوع ثلاثي الأبعاد هو جزيئات النحاس التي تسقط من مصفوفة المارتنسيت. عندما يتم الحفاظ على درجة حرارة المحلول الصلب بين 1040 و1080 درجة، يذوب عنصر النحاس بالكامل في مصفوفة الأوستينيت، مما يخلق محلولًا صلبًا مفرط التشبع. إذا كانت درجة الحرارة أقل من 1000 درجة، فإن جزيئات النحاس المتبقية لن تقوي المادة بدرجة كافية. إذا تجاوزت درجة الحرارة 1100 درجة، ستصبح المادة أقل قوة لأن الحبيبات ستصبح أكبر. وفقًا لبحث أجراه معهد المعادن في الأكاديمية الصينية للعلوم، فإن معالجة HIP عند 950 درجة يمكن أن تساعد في تغيير المارتينسيت إلى بنية + ثنائية الطور في سبيكة Ti6Al4V. يؤدي هذا إلى زيادة الاستطالة إلى 13.15% مع الحفاظ على قوة الخضوع عند 909.5MPa.
تحسين درجة الحرارة وسلوك هطول الأمطار للشيخوخة
العلاج بالوقت يجعل الأمور أقوى من خلال إدارة حجم وانتشار جزيئات المرحلة الثانية. قام فريق جامعة شنغهاي للتكنولوجيا بتعتيق سبيكة CuCrZr المصنوعة بواسطة SLM عند درجة حرارة 500 درجة لمدة ساعة واحدة. أدى هذا إلى رفع قوة الشد من 460 ميجا باسكال إلى 585 ميجا باسكال وموصليتها من 31% IACS إلى 64% IACS. تعتمد آلية التقوية على حقيقة أن ذرات الكروم تخرج من مصفوفة النحاس أثناء عملية التعتيق. يؤدي هذا إلى إنشاء جزيئات CrxZry النانوية التي توقف هجرة الخلع من خلال آلية تقوية Orowan. مع ارتفاع درجة حرارة التعتيق إلى 550 درجة، تكون المراحل المترسبة أكثر خشونة، مما يجعل المادة أضعف. ومع ذلك، تصبح المادة أكثر ليونة، مع زيادة بنسبة 20٪ في الليونة بسبب انخفاض مقاومة الانزلاق الناتجة عن الخلع.
2. معلمة الوقت: التوازن بين إصلاح الأخطاء والأداء
الوقت المناسب لعقد وفعالية إغلاق المسام
مدة التثبيت لها تأثير مباشر على مدى جودة إصلاح المسام بعد علاج HIP. تظهر الأبحاث التي أجريت على عملية HIP لسبائك Ti6Al4V أنه عند 920 درجة / 140 ميجا باسكال، يمكن للمعالجة لمدة ساعتين أن تقلل المسامية من 0.8% إلى 0.02% وتحقق كثافة 99.99%؛ إذا تم تمديد وقت الاحتفاظ إلى 4 ساعات، تنخفض المسامية أيضًا إلى 0.005%، لكن حجم الحبوب يزيد من 10 ميكرومتر إلى 15 ميكرومتر، مما يؤدي إلى انخفاض بنسبة 8% في قوة الخضوع. وهذا يعني أنه في حين أن الاحتفاظ بالوقت يمكن أن يجعل الأشياء أكثر كثافة، إلا أنه يمكن أن يؤدي أيضًا إلى نمو غريب للحبوب. لذا، لا بد من إيجاد التوازن بين إصلاح العيوب والحفاظ على الأداء.
حركية تغيير الطور وزمن العزل
يجب أن يضمن وقت عزل معالجة المحلول الصلب أن جميع عناصر السبائك مذابة تمامًا. بالنسبة إلى السبائك -IN718 المطبوعة ثلاثية الأبعاد ذات درجة الحرارة العالية-، فإن الاحتفاظ بها عند 1080 درجة لمدة ساعة واحدة يمكن أن يؤدي إلى إذابة عنصر Nb في المصفوفة تمامًا. إذا تم تقليل فترة العزل إلى 30 دقيقة، فلن تتمكن مرحلة التقوية من '' من الترسيب بشكل كامل، مما يؤدي إلى انخفاض أداء الزحف في درجات الحرارة العالية-بنسبة 40%. يؤثر طول الفترة الزمنية التي يتم فيها عزل المادة أثناء معالجة التعتيق على حجم المراحل التي تتشكل. على سبيل المثال، بعد التعتيق عند درجة حرارة 720 لمدة 8 ساعات، يبلغ حجم الطور '' في سبيكة 718 50 نانومتر، وهو الأفضل للتقوية. بعد 16 ساعة من التعتيق، نمت المرحلة المترسبة إلى 100 نانومتر، مما أدى إلى انخفاض القوة بنسبة 15٪.
3. معدل التبريد: تحسين التنظيم والسيطرة على الضغوط المتبقية
معدل التبريد وإنتاج المارتنسيت
يؤثر المعدل الذي يبرد به المعدن أثناء التبريد على منتجات المرحلة الانتقالية التي سيحصل عليها. بالنسبة لفولاذ الأدوات H13 المطبوع ثلاثي الأبعاد، فإن معدل تبريد التبريد بالزيت الذي يبلغ 50 درجة / ثانية قد يجعل مارتنسيت الشعرية المسطحة بصلابة 52HRC. إذا قمت بتبريده بالهواء (5 درجات / ثانية)، سيتشكل هيكل الباينيت وستنخفض الصلابة إلى 40HRC. على الرغم من أن التبريد السريع يمكن أن يجعل الأمور أكثر صعوبة، إلا أنه يمكن أن يتسبب أيضًا في تشققها. لإيجاد التوازن الصحيح بين الصلابة والإجهاد المتبقي، هناك حاجة إلى التبريد المتدرج (على سبيل المثال، التبريد أولاً إلى 600 درجة ومن ثم التبريد بالزيت).
معدل تبريد بطيء وتخفيف التوتر
يؤثر معدل التبريد البطيء أثناء معالجة التلدين على كيفية تحرير الضغط المتبقي. استغرق الأمر ساعتين لتبريد سبائك الألومنيوم AlSi10Mg للطباعة ثلاثية الأبعاد من 300 درجة إلى درجة حرارة الغرفة بمعدل 5 درجات / دقيقة. أدى هذا إلى تقليل الضغط المتبقي بنسبة 70٪. إذا تم رفع معدل التبريد إلى 20 درجة / دقيقة، فإن الضغط المتبقي سينخفض ​​بنسبة 30٪ فقط. يساعد التبريد البطيء على إعادة ترتيب الخلع وهجرة حدود الحبوب مما يخفف الضغط. ومع ذلك، فإن معدل التبريد البطيء للغاية يمكن أن يتسبب في أن تصبح الحبوب أكثر خشونة، وبالتالي هناك حاجة إلى إعدادات تحسين المواد المناسبة.
4. التحسين التعاوني متعدد المعلمات-: من "التجربة والخطأ" إلى "التحكم الدقيق"
تعمل تقنية التوأم الرقمي على تحفيز التنبؤ بالمعلمات
عملت شركتا Siemens وBoeing معًا لإنشاء منصة رقمية مزدوجة يمكنها إظهار كيفية تغير مجال درجة الحرارة ومجال الضغط والبنية الدقيقة لسبائك Ti6Al4V المطبوعة ثلاثية الأبعاد أثناء معالجة HIP. يمكن للنظام اكتشاف أفضل طريقة HIP (مثل 920 درجة /140MPa/2h) من خلال الأخذ في الاعتبار أشياء مثل المسامية الأولية وحجم الحبوب. وهذا يمكن أن يجعل الأجزاء تدوم لفترة أطول ثلاث مرات ويقلل عدد الاختبارات إلى النصف.
انعكاس المعلمة بمساعدة التعلم الآلي
تستخدم GE Aviation تقنيات التعلم الآلي للنظر في 100000 مجموعة من بيانات المعالجة الحرارية وإنشاء نموذج رسم خرائط "أداء معدل التبريد في درجة الحرارة". يمكن لهذا النموذج معرفة إعدادات العملية التي ستعمل لتلبية احتياجات أداء معينة. عندما تحتاج سبيكة IN718 إلى الحفاظ على عمر زحف يبلغ 1000 ساعة عند 650 درجة، على سبيل المثال، يقترح النظام مخطط معالجة يبلغ 1080 درجة /1 ساعة من المحلول الصلب +720 درجة /8 ساعات من التقادم. عمر الزحف المقاس هو 1200 ساعة.
5. دراسة حالة للصناعة: الانتقال من المختبر إلى المصنع
مجال الطيران
لتحسين الطباعة ثلاثية الأبعاد لأقراص توربينات سبائك النيكل ذات درجة الحرارة العالية-المعتمدة على النيكل، تتبنى شركة Rolls Royce معالجة HIP. تتمتع الأجزاء المعالجة بـ HIP بعمر زحف يصل إلى 173 ساعة عند درجة حرارة عالية تبلغ 1400 درجة، وهو أكثر من 50 ساعة اللازمة للمكونات الأساسية لمحركات GE9X.
مجال الزراعة الطبية
بعد 950 درجة لمدة 4 ساعات من علاج الورك على زرعة مفصل الورك Ti6Al4V المطبوعة ثلاثية الأبعاد من قبل جونسون آند جونسون، وصلت قوة التعب القصوى إلى 550 ميجا باسكال (107 دورات)، وهو نفس الحالة الملدنة المطروقة. في الوقت نفسه، خشونة السطح Ra<0.01 μm satisfied the biocompatibility criteria.