Fremskridt for EBM-dannelse af TC4 titaniumlegering

Først skæres 3D-modellen af ​​delen i skiver og lægges i lag i henhold til en vis tykkelse gennem Magicsl9.0-softwaren for at få den overordnede 2D-information om delen. Derefter spreder EBM-systemet jævnt legeringspulveret til en vis tykkelse på substratet og bruger elektronstrålen dannet af strøm, der passerer gennem wolframtråden, som varmekilde. Under påvirkning af fokusspolen og den elektromagnetiske afbøjningsspole behandles legeringspulveret på substratet. Scan smelte. Hver gang elektronstrålen scanner og smelter et lag, falder arbejdsbordet med ét lags højde, og så spredes pulveret igen. Elektronstrålen scanner og smelter processen gentagne gange, og hvert bearbejdet lag kondenserer til en helhed. Hele fremstillingsprocessen udføres i et vakuummiljø, hvilket effektivt undgår muligheden for, at titanlegering oxideres under forarbejdningen. Efter at fremstillingen er afsluttet, tager EBM-systemet delene ud af byggekammeret og placerer dem i pulvergenvindingssystemet. Højtryksluft bruges i PRS til at fjerne pulveret, der klæber til overfladen af ​​delene, og opnår endelig støbte dele med en glat overflade.

De vigtigste parametre for EBM-teknologi omfatter elektronstrålestrøm, accelerationsspænding, scanningshastighed, lagtykkelse, scanningslinjeafstand og fokuskompensation. Ved at justere disse parametre kan forskellige energitætheder opnås, såsom at øge elektronstrålestrømmen eller reducere scanningshastigheden. Højere energitæthed kan opnås. Mængden af ​​energitæthed påvirker i høj grad mikrostrukturen, defekter og mekaniske egenskaber af støbte dele. Passende energitæthed vil få legeringen til at få bedre mekaniske egenskaber. På grund af EBM-teknologiens unikke formningsproces er mikrostrukturen og de mekaniske egenskaber af EBM-formede TC4 titanlegeringsformede dele forskellige fra dem, der er fremstillet af konventionelt fremstillede (såsom smedning) TC4 titanlegeringsformede dele.

2.1 Mikrostruktur og indflydelsesfaktorer af EBM dannet TC4 titanlegering

Temperaturændringen af ​​EBM dannet TC4 titanlegering under formningsprocessen påvirker dens mikrostruktur. Først smeltes pulveret under påvirkning af elektronstrålen, og den flydende legeringstemperatur når omkring 1700 grader, hvilket er meget højere end faseovergangstemperaturen for TC4 titanlegering (995 grader). På dette tidspunkt er den flydende legering sammensat af originale korn; derefter, efterhånden som elektronstrålen bevæger sig væk, afkøles den flydende legering hurtigt til konstruktionstemperaturen (generelt 650-700 grad ) for at forblive stabil og blive fast. På dette tidspunkt gennemgår legeringen →+, og den nålelignende fase og søjlefase udfældes. A1-Bermani et al. mener, at når afkølingshastigheden er større end 410 grader/s på dette stadium, vil metastabil martensit udfældes, som vil nedbrydes til en + lagdelt struktur efter at have været udsat for et miljø med høje temperaturer i lang tid, og det meste af det vil blive Fine nålelignende lægter, med en lille portion fase. Derefter afkøles den dannede TC4 titanlegering langsomt fra konstruktionstemperaturen til stuetemperatur, og legeringens mikrostruktur ændres ikke væsentligt og er stadig sammensat af + faser. Mikrostrukturen af ​​EBM dannet TC4 titanlegering og smedet dannet TC4 titanlegering er vist i figur 2.

Indenlandske og udenlandske forskere har forsket meget i mikrostrukturen af ​​EBM-formede TC4 titanlegeringer og fundet ud af, at faktorer som støbeprocesparametre, positionen af ​​de støbte dele og størrelsen af ​​de støbte dele vil påvirke afkølingshastigheden af legeringen under støbeprocessen, hvorved dens kornstørrelse påvirkes. Hrabe et al. fandt ud af, at under betingelserne for at sikre, at energitilførslen fuldstændigt kan smelte TC4 titanlegeringspulveret til dannelse af tætte dele, vil en passende forøgelse af elektronstrålens scanningshastighed få størrelsen af ​​den smeltede pool til at falde, kølehastigheden til at stige, og således vil finere partikler blive udfældet. lægte- og betafase. Murr et al. og Wang et al. fandt, at mikrostrukturen af ​​EBM-formet TC4 titanlegering er forskellig på forskellige steder. Som vist i figur 3 har positionen med en lavere aflejringshøjde en højere afkølingshastighed, fordi den er tættere på støbesubstratet. Det er en ustabil vækstzone og er tilbøjelig til at udfælde en fin nållignende fase; positionen med en højere deponeringshøjde har en højere afkølingshastighed. Jo tykkere lægte, jo større korn; efter at være aflejret til en vis højde er den i en stabil vækstzone, og størrelsen af ​​lægten og kornene har en tendens til at være stabile. Wang et al. undersøgte også virkningen af ​​støbt delstørrelse på mikrostrukturen af ​​EBM-formet TC4 titanlegering og fandt ud af, at under lag-for-lag smeltning og størkningsprocessen havde mindre prøver en større afkølingshastighed og dermed udfældet finere faser. Galarraga et al. yderligere undersøgt og fundet, at ændringerne i mikrostrukturen af ​​EBM støbt TC4 titanlegering er relateret til opholdstiden i byggekammeret. Hvis opholdstiden er for lang, vil det medføre, at deponeringshøjden i bunden af ​​deponeringshøjden bliver lavere og mikrostrukturen bliver grovere. resultat. ,

2.2 Defekter ved EBM støbt TC4 titanlegering

På grund af ukorrekt valg af procesparametre eller procesinterferens kan EBM-formede TC4 titanlegeringsdele give forskellige defekter. Zhai et al. fandt ud af, at der er to typiske defekter i mikrostrukturen af ​​EBM-støbt TC4 titanlegering: den ene er poren forårsaget af argongassen indesluttet i det defekte pulver; den anden er poren forårsaget af dårlig smeltning af legeringspulveret.

Gong et al. klassificeret TC4-titaniumlegeringsdefekter i to hovedkategorier baseret på energitætheden af ​​den indgående elektronstråle. Når energitætheden er for lav, er det ikke nok at forbinde smeltebassinerne fuldstændigt med smeltebassinerne og mellem lag, hvilket danner uregelmæssige smeltedefekter ledsaget af en vis mængde porer. Når energitætheden er for høj, stiger lokal varme hurtigt. Når pulveret smelter, sfæroidiserer det under påvirkning af overfladespænding (pulverets termiske ledningsevne er lav) og danner derved porer. Kahnert et al. fundet, at hvis energitilførslen er for høj, vil ikke kun overfladekvaliteten af ​​de støbte dele forringes, men i alvorlige tilfælde vil målmaskinen for pulverlakeringssystemet holde op med at fungere, så selve fremstillingsprocessen skal stoppes. Når elektronstrålestrømmen overstiger en vis tærskel, vil legeringspulveret desuden blive blæst væk, hvilket efterlader uregelmæssige porer i laget. I alvorlige tilfælde vil hele pulverlejet falde sammen, som vist i figur 5; Forberedelse af pulverbedet Varme bruges til at forbedre dets vedhæftning, overvinde elektronstrålens tryk på legeringspulveret og undgå pulverkollaps. Defekter vil have en negativ indvirkning på de mekaniske egenskaber af C4 titanlegering. EBM-procesparametre skal optimeres, såsom styring af scanningshastighed, justering af scanningslinjeafstand og optimering af elektronstrålestrøm, for at reducere forekomsten af ​​defekter.

3.1 Trækegenskaber af EBM dannet TC4 titanlegering

Bruno et al. undersøgte trækegenskaberne af TC4 titanlegering dannet ved EBM formning og smedning. Da EBM dannet TC4 titanlegering er tilbøjelig til poredefekter under formningsprocessen, og dens mikrostruktur er ujævnt fordelt, hvilket resulterer i dens trækstyrke, De højeste flydegrænser er henholdsvis 996 MPa og 919 MPa, som er lidt lavere end styrken af ​​smedet TC4 titanium legering (trækstyrke og flydespænding er henholdsvis 1034 MPa og 991 MPa); Wang et al. studerede også trækegenskaberne af EBM dannet TC4 titanlegering. Det blev fundet, at dets trækstyrke er 1002 MPa, flydespænding er 932 MPa, og forlængelsen er 14,4%. Alle præstationsindikatorer er højere end dem for TC4 titanlegeringssmedninger efter udglødning og ældningsbehandling.

Der er betydelig anisotropi i de mekaniske egenskaber af EBM dannet TC4 titanlegering. Bruno et al. og Hrabe et al. fandt, at trækstyrken af ​​EBM støbte prøver i vandret retning var stærkere end i lodret retning, mens forlængelsen i vandret retning af de støbte prøver var mindre end forlængelsen i lodret retning. Dette er forårsaget af de ujævne B-korn inde i legeringen: den støbte prøve vokser hovedsageligt i lodret retning; dannelsen af ​​mindre primære korn i vandret retning reducerer spændingsophobningen ved korngrænserne, hvorved opstarten af ​​revner forsinkes og gøres en smule større forlængelse.

Hrabe et al. fandt ud af, at forøgelse af elektronstrålens scanningshastighed (negativt relateret til energitætheden) vil reducere pladens tykkelse en smule (1,16μm → 0.95un), hvorved trækstyrken, flydespændingen og mikrohårdheden øges med 2 % henholdsvis. , 3 % og 2 %.

Formanoir et al. opretholdt den EBM-formede TC4 titanlegering ved 950 grader i henholdsvis 60 minutter og 1040 grader i 30 minutter ved hjælp af to afkølingsmetoder: vandkøling og luftkøling. Trækstyrken og flydespændingen af ​​legeringen blev en smule reduceret, og forlængelsen blev ikke væsentligt forbedret. Det viser, at kun kontrol af nøgleparametrene for EBM-dannelse er en effektiv måde at forbedre legeringens egenskaber på.

3.2 Træthedsegenskaber af EBM dannet TC4 titanlegering

Chan et al. testede udmattelseslevetiden (antal cyklusser) af EBM dannet TC4 titanlegering og valset TC4 titanlegering under påvirkning af skiftende bøjningsspænding på 600 MPa (±10%). Resultaterne viser, at udmattelseslevetiden for EBM-formet TC4 titanlegering kun er 17 % af udmattelsestiden for valset legering; bruddet af EBM-formet TC4 titanlegering er fordelt med porer af forskellig form på grund af dårlige smelteområder, og dens overfladeruhed er også langt væk. Højere end valset TC4 titanlegering, hvilket er en vigtig årsag til dens lave udmattelseslevetid.

Tammas-Williams et al. fandt, at varm isostatisk presningsbehandling effektivt kan fjerne de fleste porer i EBM-formet TC4 titanlegering, men hvis der er nogle tunnelhuller i prøven og er forbundet til overfladen, vil højtryksargongassen under HIP-behandling trænge ind i tunnelerne . I porerne udvider disse tunneldefekter sig lidt, hvilket får HIP-behandlingen til at mislykkes; tilføjelse af en belægning til prøven, før HIP kan fjerne tunneldefekterne. Shui et al. fandt, at efter HIP-behandling af EBM-formet TC4 titanlegering, selvom lægterne blev tykkere, faldt dislokationstætheden, og trækstyrken og flydespændingen faldt fra 870MPa og 788MPa til henholdsvis 819MPa og 711MPa, HIP-behandlingen gjorde strukturen mere ensartet, legeringens relative tæthed steg fra 99,3% til 99,8%, hvilket reducerede kilderne til revneinitiering, hvorved udmattelsesstyrken øges fra 460boa til 580MPa.