Napredak EBM oblikovanja legure titana TC4

Prvo, 3D model dijela se reže i slojevi prema određenoj debljini pomoću softvera Magicsl9.0 kako bi se dobile ukupne 2D informacije o dijelu. Zatim, EBM sustav ravnomjerno raspršuje prah legure na određenu debljinu na podlozi, a kao izvor topline koristi snop elektrona formiran strujom koja prolazi kroz volframovu žicu. Pod djelovanjem zavojnice za fokusiranje i zavojnice za elektromagnetski otklon, prah legure na podlozi se obrađuje. Skeniraj taljenje. Svaki put kada elektronska zraka skenira i topi sloj, radni stol se spušta za jednu visinu sloja, a zatim se prah ponovno raspršuje. Elektronska zraka više puta skenira i topi proces, a svaki obrađeni sloj kondenzira se u cjelinu. Cijeli proizvodni proces provodi se u vakuumskom okruženju, čime se učinkovito izbjegava mogućnost oksidacije legure titana tijekom obrade. Nakon što je proizvodnja završena, EBM sustav vadi dijelove iz građevne komore i stavlja ih u sustav za oporavak praha. Visokotlačni zrak koristi se u PRS-u za uklanjanje praha koji se zalijepio za površinu dijelova, te se na kraju dobivaju oblikovani dijelovi s glatkom površinom.

Glavni parametri EBM tehnologije uključuju struju elektronskog snopa, napon ubrzanja, brzinu skeniranja, debljinu sloja, razmak linija skeniranja i kompenzaciju fokusa. Podešavanjem ovih parametara mogu se dobiti različite gustoće energije, poput povećanja struje elektronskog snopa ili smanjenja brzine skeniranja. Može se postići veća gustoća energije. Količina gustoće energije uvelike utječe na mikrostrukturu, nedostatke i mehanička svojstva lijevanih dijelova. Odgovarajuća gustoća energije omogućit će legurama bolja mehanička svojstva. Zbog jedinstvenog procesa oblikovanja EBM tehnologije, mikrostruktura i mehanička svojstva EBM oblikovanih dijelova izrađenih od TC4 legure titana razlikuju se od onih konvencionalno proizvedenih (kao što je kovanje) dijelova oblikovanih od TC4 legure titana.

2.1 Mikrostruktura i čimbenici utjecaja EBM oblikovane legure titana TC4

Promjena temperature TC4 titanijeve legure oblikovane EBM-om tijekom procesa oblikovanja utječe na njenu mikrostrukturu. Prvo, prah se rastali pod djelovanjem elektronskog snopa, a temperatura tekuće legure doseže oko 1700 stupnjeva, što je mnogo više od temperature faznog prijelaza legure titana TC4 (995 stupnjeva). U ovom trenutku, tekuća legura se sastoji od originalnih zrnaca; zatim, kako se snop elektrona udaljava, tekuća legura se brzo hladi do građevinske temperature (općenito 650-700 stupnjeva) kako bi ostala stabilna i postala čvrsta. U to vrijeme, legura prolazi kroz → + , a igličasta faza i stupna faza se talože. A1-Bermani et al. vjerujemo da kada je brzina hlađenja veća od 410 stupnjeva /s u ovoj fazi, metastabilni martenzit će se istaložiti, koji će se razgraditi u + slojevitu strukturu nakon dugotrajnog izlaganja okolišu visoke temperature, a većina će biti Fine igličaste letvice, s malim udjelom faze. Zatim se formirana legura titana TC4 polako hladi s konstrukcijske temperature na sobnu temperaturu, a mikrostruktura legure se značajno ne mijenja i još uvijek se sastoji od + faza. Mikrostruktura EBM oblikovane legure titana TC4 i legure titana TC4 oblikovane kovanjem prikazane su na slici 2.

Domaći i inozemni znanstvenici proveli su mnogo istraživanja o mikrostrukturi EBM-om oblikovanih legura titana TC4 i otkrili da će čimbenici kao što su parametri procesa kalupljenja, položaj kalupljenih dijelova i veličina livenih dijelova utjecati na brzinu hlađenja legure tijekom procesa kalupljenja, čime utječe na veličinu zrna. Hrabe i sur. utvrđeno je da će, pod uvjetima osiguravanja da unos energije može potpuno rastopiti prah legure titana TC4 kako bi se formirali gusti dijelovi, odgovarajuće povećanje brzine skeniranja elektronskog snopa uzrokovati smanjenje veličine rastaljenog bazena, povećanje brzine hlađenja i tako će se taložiti sitnije čestice. letvica i beta faza. Murr i sur. i Wang et al. otkrili su da je mikrostruktura EBM-om oblikovane legure titana TC4 različita na različitim mjestima. Kao što je prikazano na slici 3, položaj s nižom visinom taloženja ima veću brzinu hlađenja jer je bliži supstratu za kalupljenje. To je nestabilna zona rasta i sklona je taloženju fine igličaste faze; položaj s većom visinom taloženja ima veću brzinu hlađenja. Što je letva deblja, to su zrna veća; nakon što se taloži na određenu visinu, nalazi se u stabilnoj zoni rasta, a veličina letvice i zrna nastoji biti stabilna. Wang i sur. također je proučavao učinak veličine oblikovanih dijelova na mikrostrukturu EBM-formirane legure titana TC4 i otkrio da su tijekom procesa taljenja i skrućivanja sloj po sloj, manji uzorci imali veću brzinu hlađenja, čime su se taložile finije faze. Galarraga i sur. dalje proučavao i otkrio da su promjene u mikrostrukturi EBM lijevane legure titana TC4 povezane s vremenom zadržavanja u komori za izradu. Ako je vrijeme zadržavanja predugo, uzrokovat će nižu visinu taloženja na dnu visine taloženja i grublju mikrostrukturu. proizlaziti. ​

2.2 Nedostaci EBM lijevane legure titana TC4

Zbog nepravilnog odabira parametara procesa ili smetnji u procesu, dijelovi od TC4 legure titana izrađeni od EBM-a mogu proizvesti različite nedostatke. Zhai i sur. otkrili da postoje dva tipična nedostatka u mikrostrukturi EBM-lijevane TC4 titanijeve legure: jedan je pora uzrokovana plinom argonom uvučenim u neispravan prah; druga je pora uzrokovana lošim taljenjem praha legure.

Gong i sur. klasificirao je defekte legure titana TC4 u dvije glavne kategorije na temelju gustoće energije ulazne elektronske zrake. Kada je gustoća energije preniska, nije dovoljno potpuno povezati bazene rastaline s bazenima rastaline i između slojeva, stvarajući nepravilne defekte taljenja praćene određenom količinom pora. Kada je gustoća energije previsoka, lokalna toplina brzo raste. Kada se prah otopi, on se sferoidizira pod djelovanjem površinske napetosti (toplinska vodljivost praha je niska), pri čemu nastaju pore. Kahnert i sur. otkrili da ako je unos energije previsok, ne samo da će se pogoršati kvaliteta površine oblikovanih dijelova, nego će u teškim slučajevima ciljni stroj sustava za premazivanje prahom prestati raditi, tako da se sam proces proizvodnje mora zaustaviti. Osim toga, kada struja elektronskog snopa prijeđe određeni prag, prah legure će se otpuhati, ostavljajući nepravilne pore u sloju. U teškim slučajevima, cijeli sloj praha će se srušiti, kao što je prikazano na slici 5; Priprema sloja praha Toplina se koristi za poboljšanje njegove adhezije, prevladavanje potiska elektronskog snopa na prah legure i izbjegavanje kolapsa praha. Defekti će imati negativan utjecaj na mehanička svojstva C4 legure titana. Parametri procesa EBM moraju se optimizirati, kao što je kontrola brzine skeniranja, podešavanje razmaka linija skeniranja i optimizacija struje elektronskog snopa, kako bi se smanjila pojava nedostataka.

3.1 Vlačna svojstva EBM oblikovane legure titana TC4

Bruno i sur. proučavao je vlačna svojstva legure titana TC4 oblikovane EBM oblikovanjem i kovanjem. Budući da je legura titana TC4 izrađena EBM-om sklona defektima pora tijekom procesa oblikovanja, a njezina je mikrostruktura neravnomjerno raspoređena, što rezultira njenom vlačnom čvrstoćom, najveće granice razvlačenja su 996 MPa odnosno 919 MPa, što je malo niže od čvrstoće kovanog TC4 titana legura (vlačna čvrstoća i granica razvlačenja su 1034MPa odnosno 991MPa); Wang i sur. također je proučavao vlačna svojstva EBM oblikovane legure titana TC4. Utvrđeno je da je njegova vlačna čvrstoća 1002MPa, granica razvlačenja 932MPa, a istezanje 14,4%. Svi pokazatelji učinkovitosti viši su od onih kod otkovaka legure titana TC4 nakon tretmana žarenjem i starenjem.

Postoji značajna anizotropija u mehaničkim svojstvima legure titana TC4 izrađene od EBM-a. Bruno i sur. i Hrabe et al. otkrili da je vlačna čvrstoća EBM lijevanih uzoraka u vodoravnom smjeru veća od one u okomitom smjeru, dok je istezanje u vodoravnom smjeru lijevanih uzoraka bilo manje od istezanja u okomitom smjeru. To je uzrokovano neravnim B zrnima unutar legure: oblikovani uzorak uglavnom raste u okomitom smjeru; formiranje manjih primarnih zrna u vodoravnom smjeru smanjuje akumulaciju naprezanja na granicama zrna, čime se odgađa početak pukotina i čini nešto većim istezanjem.

Hrabe i sur. utvrdio da će povećanje brzine skeniranja elektronskog snopa (negativno povezano s gustoćom energije) neznatno smanjiti debljinu ploče (1,16 μm → 0.95un), čime će se povećati vlačna čvrstoća, granica tečenja i mikrotvrdoća za 2% odnosno. , 3% i 2%.

Formanoir i sur. održavao EBM-formiranu leguru titana TC4 na 950 stupnjeva 60 minuta i 1040 stupnjeva 30 minuta, koristeći dvije metode hlađenja: hlađenje vodom i hlađenje zrakom. Vlačna čvrstoća i granica razvlačenja legure neznatno su smanjeni, a istezanje nije značajno poboljšano. To pokazuje da je samo kontrola ključnih parametara EBM oblikovanja učinkovit način za poboljšanje svojstava legure.

3.2 Svojstva zamora EBM oblikovane legure titana TC4

Chan i sur. ispitao je vijek trajanja (broj ciklusa) EBM oblikovane legure titana TC4 i valjane legure titana TC4 pod djelovanjem izmjeničnog naprezanja na savijanje od 600MPa (±10%). Rezultati pokazuju da je vijek trajanja od zamora legure titana TC4 oblikovane EBM-om samo 17% vijeka trajanja od zamora valjane legure; lom legure titana TC4 formirane EBM-om raspoređen je s porama različitih oblika zbog slabih područja taljenja, a njezina površinska hrapavost je također daleko. Viša od valjane legure titana TC4, što je važan razlog za njenu nisku izdržljivost.

Tammas-Williams i sur. utvrđeno je da tretman vrućim izostatičkim prešanjem može učinkovito eliminirati većinu pora u leguri titana TC4 oblikovanoj EBM-om, ali ako postoje neke tunelske rupe u uzorku i povezane su s površinom, plin argona visokog tlaka pod HIP tretmanom će prodrijeti u tunele . U porama se ti defekti tunela malo šire, uzrokujući neuspjeh HIP tretmana; dodavanjem premaza uzorku prije nego što HIP može ukloniti nedostatke tunela. Shui i sur. otkrili da nakon HIP obrade EBM-formirane legure titana TC4, iako su letvice postale deblje, gustoća dislokacija se smanjila, a vlačna čvrstoća i granica razvlačenja smanjile su se s 870MPa i 788MPa na 819MPa odnosno 711MPa, HIP obrada je strukturu učinila ujednačenijom, relativna gustoća legure povećala se s 99,3% na 99,8%, smanjujući izvore nastanka pukotina, čime se povećala čvrstoća na zamor s 460boa na 580MPa.