התקדמות EBM יצירת סגסוגת טיטניום TC4

ראשית, מודל התלת-ממד של החלק נחתך לפרוסות ושכבות לפי עובי מסוים באמצעות תוכנת Magicsl9.0 כדי לקבל את המידע הדו-ממדי הכולל של החלק. לאחר מכן, מערכת ה-EBM מפזרת באופן שווה את אבקת הסגסוגת לעובי מסוים על המצע, ומשתמשת בקרן האלקטרונים הנוצרת בזרם העובר דרך חוט הטונגסטן כמקור החום. תחת הפעולה של סליל המיקוד וסליל ההטיה האלקטרומגנטית, אבקת הסגסוגת על המצע מעובדת. סריקה להמיס. בכל פעם שקרן האלקטרונים סורקת וממיסה שכבה, שולחן העבודה יורד בגובה שכבה אחת, ואז האבקה נמרחת שוב. קרן האלקטרונים סורקת וממיסה את התהליך שוב ושוב, וכל שכבה מעובדת מתעבה לכדי שלם. כל תהליך הייצור מתבצע בסביבת ואקום, ובכך נמנע למעשה מהאפשרות של חמצון של סגסוגת טיטניום במהלך העיבוד. לאחר השלמת הייצור, מערכת EBM מוציאה את החלקים מתא הבנייה וממקמת אותם במערכת שחזור האבקה. אוויר בלחץ גבוה משמש ב-PRS כדי להסיר את האבקה הנדבקת על פני החלקים, ולבסוף משיג חלקים יצוקים עם משטח חלק.

הפרמטרים העיקריים של טכנולוגיית EBM כוללים זרם קרן אלקטרונים, מתח תאוצה, מהירות סריקה, עובי שכבה, מרווח קווי סריקה ופיצוי מיקוד. על ידי התאמת פרמטרים אלו, ניתן להשיג צפיפות אנרגיה שונה, כגון הגדלת זרם אלומת האלקטרונים או הפחתת מהירות הסריקה. ניתן להשיג צפיפות אנרגיה גבוהה יותר. כמות צפיפות האנרגיה משפיעה מאוד על מבנה המיקרו, הפגמים והתכונות המכניות של חלקים יצוקים. צפיפות אנרגיה מתאימה תגרום לסגסוגת להיות בעלת תכונות מכניות טובות יותר. בשל תהליך היצירה הייחודי של טכנולוגיית EBM, המיקרו-מבנה והמאפיינים המכניים של חלקי סגסוגת טיטניום שנוצרו ב-EBM שונים מאלה של חלקים מיוצרים מסגסוגת טיטניום TC4 המיוצרים באופן קונבנציונלי (כגון חישול).

2.1 מיקרו-מבנה וגורמים משפיעים של סגסוגת טיטניום TC4 שנוצרה על ידי EBM

שינוי הטמפרטורה של סגסוגת טיטניום TC4 שנוצרה ב-EBM במהלך תהליך היצירה משפיע על המבנה המיקרו שלה. ראשית, האבקה נמסה תחת פעולת קרן האלקטרונים, וטמפרטורת הסגסוגת הנוזלית מגיעה לכ-1700 מעלות, שהיא הרבה יותר גבוהה מטמפרטורת מעבר הפאזה של סגסוגת טיטניום TC4 (995 מעלות). בשלב זה, הסגסוגת הנוזלית מורכבת מדגנים מקוריים; לאחר מכן, כאשר אלומת האלקטרונים מתרחקת, הסגסוגת הנוזלית מתקררת במהירות לטמפרטורת הבנייה (בדרך כלל 650-700 מעלות ) כדי להישאר יציבה ולהיות מוצקה. בשלב זה, הסגסוגת עוברת → + , והפאזה דמוית המחט והפאזה העמודה יורדת. א1-ברמני et al. מאמינים שכאשר קצב הקירור גבוה מ-410 מעלות/שניה בשלב זה, ישרור 'מרטנזיט מט-יציב', אשר יתפרק למבנה + שכבות לאחר חשיפה לסביבת טמפרטורה גבוהה במשך זמן רב, ומרביתו יהיה מחטים עדינים דמויי מחט, עם חלק קטן של פאזה. לאחר מכן סגסוגת הטיטניום TC4 שנוצרה מתקררת באיטיות מטמפרטורת הבנייה לטמפרטורת החדר, ומבנה המיקרו של הסגסוגת אינו משתנה באופן משמעותי ועדיין מורכב משלבים+. המבנה המיקרו של סגסוגת טיטניום TC4 שנוצרה ב-EBM וסגסוגת טיטניום TC4 בחישול, מוצגים באיור 2.

חוקרים מקומיים וזרים ערכו מחקר רב על מבנה המיקרו של סגסוגות טיטניום TC4 שנוצרו ב-EBM ומצאו שגורמים כמו פרמטרים של תהליך היציקה, מיקום החלקים המעוצבים וגודל החלקים המעוצבים ישפיעו על קצב הקירור של הסגסוגת במהלך תהליך הדפוס, ובכך משפיעה על גודל הגרגיר שלה. Hrabe et al. מצא כי בתנאים של הבטחת כניסת האנרגיה יכולה להמיס לחלוטין את אבקת סגסוגת טיטניום TC4 ליצירת חלקים צפופים, הגדלת מהירות סריקת אלומת האלקטרונים כראוי תגרום לירידה בגודל הבריכה המותכת, לקצב הקירור לעלות, וכן כך יישרדו חלקיקים עדינים יותר. שלב רצועה ובטא. Murr et al. ו-Wang et al. מצא שהמבנה המיקרו של סגסוגת טיטניום TC4 בצורת EBM שונה במקומות שונים. כפי שמוצג באיור 3, למיקום עם גובה השקיעה נמוך יותר יש קצב קירור גבוה יותר מכיוון שהוא קרוב יותר למצע הדפוס. זהו אזור גדילה לא יציב והוא נוטה לזרז שלב דמוי מחט עדינה; לעמדה עם גובה השקיעה גבוה יותר יש קצב קירור גבוה יותר. ככל שהחרטה עבה יותר, כך הגרגרים גדולים יותר; לאחר שהופקד לגובה מסוים, הוא נמצא באזור צמיחה יציב, וגודל הרצועה והגרגרים נוטה להיות יציב. וואנג וחב'. חקר גם את ההשפעה של גודל חלק יצוק על מבנה המיקרו של סגסוגת טיטניום TC4 שנוצרה ב-EBM ומצא שבמהלך תהליך ההיתוך וההתמצקות שכבה אחר שכבה, לדגימות קטנות יותר קצב קירור גדול יותר, ובכך מזרזים שלבים עדינים יותר. Galarraga et al. למד עוד ומצא כי השינויים במבנה המיקרו של סגסוגת טיטניום TC4 מעוצבת EBM קשורים לזמן השהייה בתא הבנייה. אם זמן השהייה ארוך מדי, זה יגרום לגובה השקיעה בתחתית גובה התצהיר להיות נמוך יותר ולמיקרו-מבנה גס יותר. תוֹצָאָה. ‏

2.2 פגמים בסגסוגת טיטניום TC4 יצוקה של EBM

עקב בחירה לא נכונה של פרמטרי תהליך או הפרעות לתהליך, חלקי סגסוגת טיטניום TC4 של EBM עשויים לייצר פגמים שונים. Zhai et al. מצא כי ישנם שני פגמים אופייניים במבנה המיקרו של סגסוגת טיטניום TC4 מעוצבת ב-EBM: האחד הוא הנקבובית הנגרמת על ידי גז הארגון שנאגר באבקה הפגומה; השני הוא הנקבובית הנגרמת מהמסה לקויה של אבקת הסגסוגת.

גונג ואחרים. סיווג פגמים מסגסוגת טיטניום TC4 לשתי קטגוריות עיקריות בהתבסס על צפיפות האנרגיה של אלומת האלקטרונים המבוא. כאשר צפיפות האנרגיה נמוכה מדי, אין די בחיבור מוחלט של הבריכות המותכות לבריכות המותכות ובין השכבות, ויוצרים ליקויי התכה לא סדירים המלווים בכמות מסוימת של נקבוביות. כאשר צפיפות האנרגיה גבוהה מדי, החום המקומי עולה במהירות. כאשר האבקה נמסה, היא מתגלגלת תחת פעולת מתח פני השטח (המוליכות התרמית של האבקה נמוכה), ובכך יוצרת נקבוביות. כהנרט וחב'. מצא שאם צריכת האנרגיה גבוהה מדי, לא רק שאיכות פני השטח של החלקים המעוצבים תידרדר, אלא שבמקרים חמורים, מכונת המטרה של מערכת ציפוי האבקה תפסיק לפעול, כך שתהליך הייצור עצמו חייב להיעצר. בנוסף, כאשר זרם אלומת האלקטרונים חורג מסף מסוים, אבקת הסגסוגת תתפוצץ, ותותיר נקבוביות לא סדירות בשכבה. במקרים חמורים, מיטת האבקה כולה תקרוס, כפי שמוצג באיור 5; הכנת מצע האבקה נעשה שימוש בחום כדי לשפר את ההידבקות שלו, להתגבר על דחף קרן האלקטרונים על אבקת הסגסוגת ולהימנע מקריסת אבקה. לפגמים תהיה השפעה שלילית על התכונות המכניות של סגסוגת טיטניום C4. יש לבצע אופטימיזציה של פרמטרים של תהליך EBM, כגון שליטה במהירות הסריקה, התאמת מרווח בין שורות סריקה ואופטימיזציה של זרם אלומת אלקטרונים, כדי להפחית את התרחשותם של פגמים.

3.1 תכונות מתיחה של סגסוגת טיטניום TC4 שנוצרה על ידי EBM

ברונו וחב'. חקר את תכונות המתיחה של סגסוגת טיטניום TC4 שנוצרה על ידי יצירת EBM וחישול. מאחר שסגסוגת טיטניום TC4 שנוצרה ב-EBM נוטה לפגמים בנקבוביות במהלך תהליך היצירה, והמבנה המיקרו שלה מופץ בצורה לא אחידה, וכתוצאה מכך חוזק המתיחה שלה, עוצמות התפוקה הגבוהות ביותר הן 996MPa ו-919MPa בהתאמה, הנמוכות מעט מחוזק טיטניום TC4 מזויף. סגסוגת (חוזק מתיחה וחוזק תפוקה הם 1034MPa ו-991MPa בהתאמה); וואנג וחב'. למד גם את תכונות המתיחה של סגסוגת טיטניום TC4 שנוצרה על ידי EBM. נמצא כי חוזק המתיחה שלו הוא 1002MPa, חוזק התפוקה הוא 932MPa וההתארכות היא 14.4%. כל מדדי הביצועים גבוהים מאלה של פרזול מסגסוגת טיטניום TC4 לאחר חישול והזדקנות.

קיימת אנזוטרופיה משמעותית בתכונות המכניות של סגסוגת טיטניום TC4 שנוצרה ב-EBM. ברונו וחב'. ו-Hrabe et al. נמצא כי חוזק המתיחה של דגימות יצוק EBM בכיוון האופקי היה חזק יותר מזה בכיוון האנכי, בעוד שההתארכות בכיוון האופקי של הדגימות המעוצבות הייתה קטנה מההתארכות בכיוון האנכי. הדבר נגרם על ידי גרגרי B הלא אחידים בתוך הסגסוגת: המדגם היצוק גדל בעיקר בכיוון האנכי; היווצרותם של גרגרים ראשוניים קטנים יותר בכיוון האופקי מפחיתה את הצטברות המתח בגבולות התבואה, ובכך מעכבת את התחלת הסדקים והופכת אותה להתארכות מעט יותר גדולה.

Hrabe et al. מצא שהגדלת מהירות סריקת אלומת האלקטרונים (קשורה שלילית לצפיפות האנרגיה) תפחית מעט את עובי הצלחת (1.16μm → 0.95un), ובכך תגדיל את חוזק המתיחה, חוזק התפוקה והמיקרו-קשיות ב-2% בהתאמה. , 3% ו-2%.

Formanoir et al. שמר על סגסוגת טיטניום TC4 בצורת EBM ב-950 מעלות למשך 60 דקות ו-1040 מעלות למשך 30 דקות בהתאמה, תוך שימוש בשתי שיטות קירור: קירור מים וקירור אוויר. חוזק המתיחה וחוזק התפוקה של הסגסוגת הופחת מעט, וההתארכות לא השתפרה באופן משמעותי. זה מראה שרק שליטה בפרמטרים המרכזיים של יצירת EBM היא דרך יעילה לשפר את תכונות הסגסוגת.

3.2 תכונות עייפות של סגסוגת טיטניום TC4 שנוצרה על ידי EBM

צ'אן וחב'. בדק את חיי העייפות (מספר מחזורים) של סגסוגת טיטניום TC4 שנוצרה ב-EBM וסגסוגת טיטניום TC4 מגולגלת תחת פעולה של מתח כיפוף לסירוגין של 600MPa (±10%). התוצאות מראות שחיי העייפות של סגסוגת טיטניום TC4 בצורת EBM הם רק 17% מחיי העייפות של סגסוגת מגולגלת; השבר של סגסוגת טיטניום TC4 בצורת EBM מופץ עם נקבוביות בצורות שונות עקב אזורי התכה גרועים, וחספוס פני השטח שלה גם רחוק. גבוה יותר מסגסוגת טיטניום TC4 מגולגל, וזו סיבה חשובה לחיי העייפות הנמוכים שלה.

Tammas-Williams et al. מצא שטיפול לחיצה איזוסטטית חמה יכול למעשה לחסל את רוב הנקבוביות בסגסוגת טיטניום TC4 שנוצרה ב-EBM, אבל אם יש כמה חורי מנהרה בדגימה והם מחוברים לפני השטח, גז הארגון בלחץ גבוה בטיפול HIP יחדור לתוך המנהרות . בנקבוביות, פגמי המנהרה הללו מתרחבים מעט, וגורמים לכשל בטיפול HIP; הוספת ציפוי לדגימה לפני HIP יכולה להסיר את פגמי המנהרה. שואי וחב'. מצא שאחרי טיפול HIP בסגסוגת טיטניום TC4 שנוצרה ב-EBM, למרות שהרצועות הפכו עבות יותר, צפיפות הנקע ירדה, וחוזק המתיחה וחוזק התפוקה ירדו מ-870MPa ו-788MPa ל-819MPa ו-711MPa בהתאמה, טיפול HIP הפך את המבנה ליותר אחיד, הצפיפות היחסית של הסגסוגת גדלה מ-99.3% ל-99.8%, והפחיתה את מקורות התחלת הסדקים, ובכך הגדילה את חוזק העייפות מ-460boa ל-580MPa.