Kemajuan EBM Membentuk Aloi Titanium TC4

Pertama, model 3D bahagian dihiris dan dilapisi mengikut ketebalan tertentu melalui perisian Magicsl9.0 untuk mendapatkan maklumat 2D keseluruhan bahagian tersebut. Kemudian, sistem EBM meratakan serbuk aloi kepada ketebalan tertentu pada substrat, dan menggunakan rasuk elektron yang dibentuk oleh arus yang melalui wayar tungsten sebagai sumber haba. Di bawah tindakan gegelung pemfokusan dan gegelung pesongan elektromagnet, serbuk aloi pada substrat diproses. Imbas cair. Setiap kali pancaran elektron mengimbas dan mencairkan lapisan, meja kerja turun sebanyak satu ketinggian lapisan, dan kemudian serbuk dihamparkan semula. Rasuk elektron mengimbas dan mencairkan proses berulang kali, dan setiap lapisan yang diproses memewap menjadi keseluruhan. Keseluruhan proses pembuatan dijalankan dalam persekitaran vakum, dengan berkesan mengelakkan kemungkinan aloi titanium teroksida semasa pemprosesan. Selepas pembuatan selesai, sistem EBM mengeluarkan bahagian daripada ruang binaan dan meletakkannya dalam sistem pemulihan serbuk. Udara bertekanan tinggi digunakan dalam PRS untuk mengeluarkan serbuk yang melekat pada permukaan bahagian, dan akhirnya memperoleh bahagian acuan dengan permukaan licin.

Parameter utama teknologi EBM termasuk arus pancaran elektron, voltan pecutan, kelajuan imbasan, ketebalan lapisan, jarak talian imbasan dan pampasan fokus. Dengan melaraskan parameter ini, ketumpatan tenaga yang berbeza boleh diperolehi, seperti meningkatkan arus pancaran elektron atau mengurangkan kelajuan pengimbasan. Ketumpatan tenaga yang lebih tinggi boleh diperolehi. Jumlah ketumpatan tenaga sangat mempengaruhi struktur mikro, kecacatan dan sifat mekanikal bahagian acuan. Ketumpatan tenaga yang sesuai akan menjadikan aloi mempunyai sifat mekanikal yang lebih baik. Disebabkan oleh proses pembentukan unik teknologi EBM, struktur mikro dan sifat mekanikal bahagian terbentuk aloi titanium TC4 EBM adalah berbeza daripada bahagian terbentuk aloi titanium TC4 yang dikeluarkan secara konvensional (seperti penempaan).

2.1 Struktur mikro dan faktor pengaruh EBM membentuk aloi titanium TC4

Perubahan suhu EBM membentuk aloi titanium TC4 semasa proses pembentukan menjejaskan struktur mikronya. Pertama, serbuk dicairkan di bawah tindakan rasuk elektron, dan suhu aloi cecair mencapai kira-kira 1700 darjah, yang jauh lebih tinggi daripada suhu peralihan fasa aloi titanium TC4 (995 darjah). Pada masa ini, aloi cecair terdiri daripada bijirin asli; kemudian, apabila rasuk elektron bergerak menjauh, aloi cecair menyejuk dengan cepat kepada suhu pembinaan (biasanya 650-700 darjah ) untuk kekal stabil dan menjadi pepejal. Pada masa ini, aloi mengalami → + , dan fasa seperti jarum dan fasa kolumnar memendakan. A1-Bermani et al. percaya bahawa apabila kadar penyejukan lebih besar daripada 410 darjah / s pada peringkat ini, martensit metastabil akan termendap, yang akan terurai menjadi struktur berlapis + selepas terdedah kepada persekitaran suhu tinggi untuk masa yang lama, dan kebanyakannya akan menjadi Pelarik halus seperti jarum, dengan sebahagian kecil fasa. Kemudian aloi titanium TC4 yang terbentuk perlahan-lahan disejukkan dari suhu pembinaan ke suhu bilik, dan struktur mikro aloi tidak berubah dengan ketara dan masih terdiri daripada + fasa. Struktur mikro EBM membentuk aloi titanium TC4 dan menempa aloi titanium TC4 ditunjukkan dalam Rajah 2.

Sarjana dalam dan luar negara telah melakukan banyak penyelidikan mengenai struktur mikro aloi titanium TC4 yang dibentuk oleh EBM dan mendapati bahawa faktor seperti parameter proses pengacuan, kedudukan bahagian acuan, dan saiz bahagian acuan akan mempengaruhi kadar penyejukan aloi semasa proses pengacuan, dengan itu menjejaskan saiz butirannya. Hrabe et al. mendapati bahawa, di bawah syarat memastikan bahawa input tenaga boleh mencairkan sepenuhnya serbuk aloi titanium TC4 untuk membentuk bahagian yang padat, meningkatkan kelajuan pengimbasan rasuk elektron dengan sewajarnya akan menyebabkan saiz kolam lebur berkurangan, kadar penyejukan meningkat, dan dengan itu zarah yang lebih halus akan dimendakkan. lath dan fasa beta. Murr et al. dan Wang et al. mendapati bahawa struktur mikro aloi titanium TC4 yang dibentuk oleh EBM adalah berbeza di lokasi yang berbeza. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3, kedudukan dengan ketinggian pemendapan yang lebih rendah mempunyai kadar penyejukan yang lebih tinggi kerana ia lebih dekat dengan substrat acuan. Ia adalah zon pertumbuhan yang tidak stabil dan terdedah kepada mendakan fasa seperti jarum halus; kedudukan dengan ketinggian pemendapan yang lebih tinggi mempunyai kadar penyejukan yang lebih tinggi. Lebih tebal lath, lebih besar bijirin; selepas didepositkan ke ketinggian tertentu, ia berada dalam zon pertumbuhan yang stabil, dan saiz lath dan bijian cenderung stabil. Wang et al. juga mengkaji kesan saiz bahagian acuan pada struktur mikro aloi titanium TC4 yang dibentuk oleh EBM dan mendapati bahawa semasa proses pencairan dan pemejalan lapisan demi lapisan, sampel yang lebih kecil mempunyai kadar penyejukan yang lebih besar, dengan itu memendakan fasa yang lebih halus. Galarraga et al. dikaji lebih lanjut dan mendapati bahawa perubahan dalam struktur mikro aloi titanium TC4 acuan EBM adalah berkaitan dengan masa tinggal dalam ruang binaan. Jika masa tinggal terlalu lama, ia akan menyebabkan ketinggian pemendapan di bahagian bawah ketinggian pemendapan menjadi lebih rendah dan struktur mikro menjadi lebih kasar. hasil. ,

2.2 Kecacatan aloi titanium TC4 acuan EBM

Disebabkan pemilihan parameter proses atau gangguan proses yang tidak betul, bahagian aloi titanium TC4 yang dibentuk oleh EBM boleh menghasilkan pelbagai kecacatan. Zhai et al. mendapati bahawa terdapat dua kecacatan biasa dalam struktur mikro aloi titanium TC4 acuan EBM: satu ialah liang yang disebabkan oleh gas argon yang terperangkap dalam serbuk yang rosak; satu lagi ialah liang yang disebabkan oleh peleburan serbuk aloi yang lemah.

Gong et al. kecacatan aloi titanium TC4 dikelaskan kepada dua kategori utama berdasarkan kepadatan tenaga pancaran elektron masukan. Apabila ketumpatan tenaga terlalu rendah, ia tidak mencukupi untuk menyambung sepenuhnya kolam lebur ke kolam lebur dan antara lapisan, membentuk kecacatan lebur yang tidak teratur disertai dengan jumlah liang tertentu. Apabila ketumpatan tenaga terlalu tinggi, haba tempatan meningkat dengan cepat. Apabila serbuk cair, ia menjadi sferoid di bawah tindakan tegangan permukaan (konduksi terma serbuk adalah rendah), dengan itu membentuk liang-liang. Kahnert et al. mendapati bahawa jika input tenaga terlalu tinggi, bukan sahaja kualiti permukaan bahagian acuan akan merosot, tetapi dalam kes yang teruk, mesin sasaran sistem salutan serbuk akan berhenti berfungsi, supaya proses pembuatan itu sendiri mesti dihentikan. Di samping itu, apabila arus pancaran elektron melebihi ambang tertentu, serbuk aloi akan diterbangkan, meninggalkan liang yang tidak teratur dalam lapisan. Dalam kes yang teruk, keseluruhan katil serbuk akan runtuh, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5; Penyediaan katil serbuk Haba digunakan untuk meningkatkan lekatannya, mengatasi tujahan rasuk elektron pada serbuk aloi, dan mengelakkan keruntuhan serbuk. Kecacatan akan memberi kesan buruk pada sifat mekanikal aloi titanium C4. Parameter proses EBM mesti dioptimumkan, seperti mengawal kelajuan pengimbasan, melaraskan jarak talian imbasan, dan mengoptimumkan arus pancaran elektron, untuk mengurangkan berlakunya kecacatan.

3.1 Sifat tegangan EBM membentuk aloi titanium TC4

Bruno et al. mengkaji sifat tegangan aloi titanium TC4 yang dibentuk oleh pembentukan dan penempaan EBM. Oleh kerana EBM membentuk aloi titanium TC4 terdedah kepada kecacatan liang semasa proses pembentukan, dan struktur mikronya diagihkan tidak sekata, mengakibatkan kekuatan tegangannya, Kekuatan hasil tertinggi masing-masing ialah 996MPa dan 919MPa, yang lebih rendah sedikit daripada kekuatan titanium TC4 palsu. aloi (kekuatan tegangan dan kekuatan alah masing-masing ialah 1034MPa dan 991MPa); Wang et al. juga mengkaji sifat tegangan EBM membentuk aloi titanium TC4. Didapati bahawa kekuatan tegangannya ialah 1002MPa, kekuatan hasil ialah 932MPa, dan pemanjangan ialah 14.4%. Semua penunjuk prestasi adalah lebih tinggi daripada penempaan aloi titanium TC4 selepas rawatan penyepuhlindapan dan penuaan.

Terdapat anisotropi yang ketara dalam sifat mekanikal EBM membentuk aloi titanium TC4. Bruno et al. dan Hrabe et al. mendapati bahawa kekuatan tegangan sampel acuan EBM dalam arah mendatar adalah lebih kuat daripada arah menegak, manakala pemanjangan dalam arah mendatar sampel teracu adalah lebih kecil daripada pemanjangan dalam arah menegak. Ini disebabkan oleh butiran B yang tidak sekata di dalam aloi: sampel yang dibentuk terutamanya tumbuh dalam arah menegak; pembentukan butiran primer yang lebih kecil dalam arah mendatar mengurangkan pengumpulan tegasan pada sempadan butiran, dengan itu melambatkan permulaan rekahan dan menjadikannya pemanjangan yang lebih besar sedikit.

Hrabe et al. mendapati bahawa meningkatkan kelajuan pengimbasan rasuk elektron (berkaitan negatif dengan ketumpatan tenaga) akan mengurangkan sedikit ketebalan plat (1.16μm → 0.95un), dengan itu meningkatkan kekuatan tegangan, kekuatan hasil dan kekerasan mikro sebanyak 2% masing-masing. , 3% dan 2%.

Formanoir et al. mengekalkan aloi titanium TC4 yang dibentuk oleh EBM pada 950 darjah selama 60 minit dan 1040 darjah selama 30 minit masing-masing, menggunakan dua kaedah penyejukan: penyejukan air dan penyejukan udara. Kekuatan tegangan dan kekuatan hasil aloi berkurangan sedikit, dan pemanjangan tidak bertambah baik dengan ketara. Ia menunjukkan bahawa hanya mengawal parameter utama pembentukan EBM adalah cara yang berkesan untuk memperbaiki sifat aloi.

3.2 Sifat kelesuan EBM membentuk aloi titanium TC4

Chan et al. menguji hayat keletihan (bilangan kitaran) EBM membentuk aloi titanium TC4 dan aloi titanium TC4 yang digulung di bawah tindakan tegasan lentur berselang seli sebanyak 600MPa (±10%). Keputusan menunjukkan bahawa hayat keletihan aloi titanium TC4 yang dibentuk oleh EBM hanyalah 17% daripada hayat keletihan aloi bergulung; patah aloi titanium TC4 terbentuk EBM diedarkan dengan liang-liang bentuk yang berbeza disebabkan oleh kawasan lebur yang lemah, dan kekasaran permukaannya juga jauh. Lebih tinggi daripada aloi titanium TC4 yang digulung, yang merupakan sebab penting untuk hayat lesunya yang rendah.

Tammas-Williams et al. mendapati bahawa rawatan menekan isostatik panas berkesan boleh menghapuskan kebanyakan liang dalam aloi titanium TC4 yang dibentuk EBM, tetapi jika terdapat beberapa lubang terowong dalam sampel dan disambungkan ke permukaan, gas argon tekanan tinggi di bawah rawatan HIP akan menembusi ke dalam terowong . Di dalam liang, kecacatan terowong ini mengembang sedikit, menyebabkan rawatan HIP gagal; menambah salutan pada sampel sebelum HIP boleh menghilangkan kecacatan terowong. Shui et al. mendapati bahawa selepas rawatan HIP bagi aloi titanium TC4 yang dibentuk oleh EBM, walaupun lath menjadi lebih tebal, ketumpatan kehelan berkurangan, dan kekuatan tegangan dan kekuatan alah menurun daripada 870MPa dan 788MPa masing-masing kepada 819MPa dan 711MPa, rawatan HIP menjadikan struktur lebih Seragam, ketumpatan relatif aloi meningkat daripada 99.3% kepada 99.8%, mengurangkan sumber permulaan retak, dengan itu meningkatkan kekuatan keletihan daripada 460boa kepada 580MPa.