Isıl işlem parçaların boyutsal doğruluğunu etkiler mi?

一, Isıl işlemin nesnelerin boyutunu değiştirmesinin ana yolu
1. Artık gerilim ve termal gerilimden kurtulmak
Metal 3D baskı yöntemi, malzemeyi hızla ısıtır ve soğutur, bu da iç kafesin bozulmasına ve artık gerilime neden olur. Kafes gevşemesi yoluyla stresi azaltmak için ısıl işlem, yeniden kristalleşme sıcaklığının altındaki bir sıcaklığa ısıtmaktır (örneğin, titanyum alaşımını 2 saat boyunca 800 derecede tutmak). Ancak stres salınımının eşitsizliği yerel deformasyona neden olabilir. Örneğin, uçak motoru türbin kanatlarına yönelik destek yapısının tasarımı iyi değilse, ısıl işlemden sonra desteğin çıkarılması, 0,1-0,3 mm'lik bir deformasyonla yerel gerilim yoğunlaşmasına ve kanat kenarında bükülmeye neden olabilir.
2. Faz değişikliği nedeniyle hacim değişikliği
Isıl işlem sırasında malzemeler faz değiştirebilir (martensitik dönüşüm gibi), bu da hacimlerinin büyümesine veya daralmasına neden olabilir. Örneğin, nikel-bazlı yüksek-sıcaklık alaşımları, çözelti işleminden sonra soğuma hızı çok hızlıysa (1 saat boyunca 1080 derece) ostenitten martensite dönüşebilir. Bu, lazer toz yatağı eritme (LPBF) ile basılan parçaların hacim olarak genişlemesine ve boyutlarının değişmesine neden olabilir. Deneysel veriler, düzenlenmiş bir soğutma hızına sahip olmayan bileşenlerin kritik boyut hatasının, havacılık standartlarının belirlediği izin verilen sınırların ötesinde, ısıl işlem sonrası ± 0,05 mm'ye ulaşabileceğini göstermektedir.
3. Tahılların büyümesi ve dokuların homojenliği
Isıl işlem sırasında ısıtma hızının ve bekletme süresinin kontrol edilmesi doku homojenliğini ve tane boyutunu iyileştirebilir. Ancak taneler dengesiz bir şekilde büyürse, farklı yerlerde farklı miktarlarda büzülmeye neden olabilir. Örneğin, sürekli karbon fiber takviyeli kompozitin (CCFRC) 100 dereceye ısıtılması, matris kristalliğini %17,42'den %22,76'ya yükseltir. Ancak lifler eşit aralıklarla yerleştirilmezse, 0,02 ila 0,05 mm'lik bir boyut farkı oluşabilir ve bu da parçaları doğru bir şekilde bir araya getirmeyi zorlaştırır.
2, Yaygın bir örnek: Isıl işlemin boyutsal doğruluk üzerinde iki etkisi vardır
1. Havacılık ve Uzay: Yüksek doğruluk ve yüksek performans arasında doğru dengeyi bulmak
Boeing, LPBF teknolojisini kullanarak uçak braketleri üretiyor ancak bunların gerilme mukavemetini 520MPa'ya çıkarmak için ısıl-işleme tabi tutulması gerekiyor. Ancak ısıl işlem sonrasında parçaların boyutlarını sabit tutmak zorlaşır. Hassas kontrol elde etmek için aşağıdakileri yapın:
Ön-deformasyon telafisi: Telafi edilmiş modeli ısıl işlemden sonra optimum boyuta yaklaştırmak için orijinal modelde ters ön-deformasyonu kullanın. Bu, yazdırma doğruluğunu %66,2 oranında artıracaktır.
Bölümlere ayrılmış ısıtma ve soğutma: Sıcaklık gradyanları tarafından üretilen termal stresi azaltmak için aşamalı bir ısıtma yaklaşımı (30 dakika boyunca 50 derecede tutma) ve gecikmeli soğutma (fırın 200 dereceye kadar soğutulduktan sonra havayla soğutma) kullanılarak deformasyon ± 0,03 mm dahilinde düzenlenir.
2. Tıbbi implantlar: biyouyumluluk ve boyutsal doğruluğun birleşimi
Titanyum alaşımlı asetabular kapların 3D baskısında, yüzeydeki mikro gözenekli yapının (5–10 μm) boyut açısından çok hassas olması gerekir. Belirli bir şirket, "gerilme giderme tavlaması + asitle aşındırma" birleşik yöntemiyle hassas kontrol elde etmektedir:
Gerilim azaltma tavlaması: Kalan baskı geriliminden kurtulmak ve bir sonraki asitle aşındırma sırasında boyut değişiklikleri olasılığını azaltmak için 2 saat boyunca 650 derecede tutun.
Asitle aşındırma işlemi: Homojen mikro gözenekler oluşturmak için hidroflorik asit ve nitrik asit çözeltisinden oluşan bir karışım kullanarak 10 dakika aşındırın. Bu, stres salınımının yerel korozyona neden olmasını önleyecektir. Boyut farklılıkları ± 0,02 mm dahilinde tutulmalıdır.
3. Endüstriyel kalıplar: Maliyet ve kullanım arasında doğru dengeyi bulmak
Belirli bir şirket, ısıl işlem için "katı çözelti+yaşlandırma" prosedürü aracılığıyla alüminyum alaşımlı kalıpları 120HB'ye kadar daha sert hale getirdi. Ancak maliyet ve doğruluk arasında bir uzlaşma bulmaları gerekiyor:
Uygun maliyetli-etkin yöntem, tipik plastik kalıplama ihtiyaçlarını karşılamak için parçaları yalnızca kumlamayla (Ra değeri 3,2 μm'den az veya ona eşit) uygulamaktır. Bu, her bir parçanın maliyetini %40 oranında azaltır ancak boyutlar pek stabil değildir.
Yüksek-performanslı çözüm: CNC hassas işlemeyi artırın (Ra değeri 0,8 μm'den az veya ona eşit), bu da çok parlak veya şeffaf olması gereken kalıp parçaları için iyidir. Bu, işlem süresini üç katına çıkaracaktır ancak boyutsal doğruluk ± 0,01 mm olacaktır.
3, Boyutsal doğruluğu kontrol etme stratejisi: süreçlerin iyileştirilmesi ve yeni teknolojilerin geliştirilmesi
1. İşlem parametrelerinin eşleştirilmesi: ısıl işlem ve baskı işlemlerinin birlikte çalışmasını sağlamak
Isıl işlem ayarları, sıcaklık ve soğutma hızı gibi 3D baskı işlemiyle aynı olmalıdır. Örneğin, LPBF kullanarak Inconel 718 alaşımını basıyorsanız ve baskı katmanı 0,05 mm kalınlığındaysa, malzeme çok hızlı soğuduğunda meydana gelen çatlakları ve boyut değişikliklerini en aza indirmek için 1150 derecelik bir çözelti işlemi ve 720 derecelik bir yaşlandırma işlemi uygulamanız gerekir. Testler, eşleşen parametrelerin parçaların üç kat daha uzun süre dayanmasını ve boyutlarının %50 daha stabil olmasını sağladığını göstermiştir.
2. Akıllı termal yönetim sistemi: Olayları gerçek zamanlı olarak izler ve gerektiğinde değişiklikler yapar
Kızılötesi sensörler ve sıcaklık geri besleme kontrolünü kullanan akıllı termal yönetim sistemi, termal alanı daha düzgün hale getirir. Platinum Teknolojisi tarafından yapılan yapay zeka sistemi, lazer gücünü ve tarama hızını gerçek zamanlı olarak değiştirebiliyor. Bu, titanyum alaşımlı braketlerin basılması sırasında sıcaklığın çok fazla değişmesini önleyerek sıcaklığı ± 5 derece içinde tutar. Sistem ısıl işlem sonrasında boyutsal sapmayı da ± 0,05 mm'den ± 0,02 mm'ye düşürür.
3. Nesnelere ısıl işlem yapmanın yeni yolları: yerel ısıtma ve kompozit süreç
Lokal ısıl işlem: Büyük parçaların her tarafı ısıtıldığında deforme olmaması için indüksiyonla ısıtma veya lazerle lokal ısıl işlem uygulanır. Yerel çözüm uygulamasıyla, belirli bir havacılık braketi 520MPa'lık bir çekme mukavemetine ve ± 0,03 mm'den daha iyi boyutsal stabiliteye ulaştı.
Kompozit işlem: İç kusurlardan kurtulmak ve yapıyı iyileştirmek için ısıl işlem ve sıcak izostatik preslemenin (HIP) birlikte kullanılması. GE havacılık motoru türbin kanatlarının yorulma ömrü HIP işleminden sonra üç kat daha uzun olur ve boyutsal deformasyon %0,05'in altında tutulur.