Dapatkah perlakuan panas meningkatkan kekuatan komponen cetakan 3D logam?

1. Prinsip teknologi perlakuan panas: mengubah sifat mikrostruktur menjadi makroskopis
Dengan memanaskan, mengisolasi, mendinginkan, dan melakukan hal lain, perlakuan panas mengubah struktur kristal, komposisi fasa, dan distribusi cacat bahan logam, sehingga meningkatkan sifat mekaniknya. Hal terpenting tentang perlakuan panas untuk benda cetakan 3D logam adalah:
Menghilangkan sisa stres
Selama pencetakan 3D, material mengalami siklus peleburan dan pemadatan yang cepat, sehingga meninggalkan tegangan sisa di dalam komponen. Tekanan-tekanan ini dapat menyebabkan bagian-bagian tersebut bengkok, patah, atau rusak karena kelelahan. Terapi anil adalah memanaskan bagian-bagian di atas suhu di mana bagian-bagian tersebut dapat mengkristal kembali dan kemudian mendinginkannya secara perlahan. Hal ini dapat membuat butiran pulih dan mengkristal kembali, sehingga menghilangkan tekanan di dalam bagian-bagiannya. Misalnya, sebuah perusahaan angkutan kereta api di Zhuzhou menggunakan anil vakum untuk menyiapkan suku cadang transmisi paduan titanium cetakan SLM-. Hal ini mengurangi tegangan sisa hingga 30% dari nilai aslinya dan membuat ukuran komponen jauh lebih stabil.
Menghaluskan dan mencampur biji-bijian
Jika cetakan 3D mendingin terlalu cepat, butirannya mungkin kasar dan orientasinya tidak rata, sehingga membuat bahannya lebih lemah. Dengan menyesuaikan laju pendinginan, perlakuan normalisasi dapat membuat ukuran butir 50% hingga 70% lebih kecil dibandingkan sebelumnya, dan juga dapat menghentikan segregasi komponen. Dalam industri dirgantara, misalnya, perlakuan normalisasi sering digunakan untuk memperbaiki struktur butiran bagian paduan suhu tinggi Inconel 718, yang meningkatkan kekuatan luluhnya sebesar 15% hingga 20%.
Curah hujan selama fase penguatan
Dengan memanipulasi suhu dan waktu, perlakuan penuaan mendorong atom-atom terlarut bersatu untuk menciptakan fase penguatan yang terdistribusi (seperti fase dan 'fase), yang membuat material menjadi lebih keras. Tim di Monash University di Australia menua paduan titanium Beta-C yang dicetak oleh SLM pada suhu 480 derajat . Kekuatan tarik akhir adalah 1611 MPa, yang merupakan rekor baru untuk kekuatan spesifik logam cetak 3D. Mekanisme penguatannya adalah terciptanya endapan nano kembar berdensitas tinggi.
Kontrol penuh atas kinerja mekanis
Proses quenching dan tempering (quenching dengan-temperatur suhu tinggi) menggunakan transformasi martensit dan pelunakan temper untuk menemukan keseimbangan antara kekuatan tinggi dan ketangguhan yang baik pada suatu bagian. Setelah dipadamkan dan ditempa, baja tahan karat 17-4PH yang diproduksi oleh SLM memiliki kekuatan tarik 1035MPa, kekuatan luluh sebesar 860MPa, dan perpanjangan sekitar 10%. Hal ini membuatnya cukup kuat untuk bagian struktural yang perlu menahan banyak beban.
2. Praktek Industri: Kegunaan Baru untuk Perlakuan Panas di Area Penting
Bidang dirgantara
Bilah mesin pesawat, ruang bakar, dan bagian lainnya harus mampu menangani suhu, tekanan, dan tekanan yang sangat tinggi. Artinya bahan yang digunakan untuk membuatnya harus sangat kuat. GE Aviation mencetak nozel bahan bakar Inconel 718 menggunakan teknologi SLM. Mereka kemudian menggunakan pengepresan isostatik panas (HIP) dan perawatan penuaan larutan untuk menghilangkan pori-pori internal (kepadatan lebih besar dari atau sama dengan 99,9%), yang membuat bagian-bagian tersebut 40% lebih kuat pada suhu 650 derajat. Ini telah bekerja dengan baik untuk membuat banyak mesin LEAP.
Bidang alat kesehatan
Penting agar implan ortopedi kuat dan aman bagi tubuh. Johnson & Johnson Medical membuat sendi pinggul Ti6Al4V menggunakan SLM dan kemudian menggunakan anil vakum untuk menghilangkan tegangan sisa permukaan. Pemolesan kimia juga digunakan untuk menghaluskan permukaan hingga Ra0,8 μm, yang meningkatkan umur kelelahan implan sebanyak tiga kali lipat dan memenuhi-kebutuhan klinis jangka panjang.
Bidang angkutan kereta api
SLM digunakan oleh sebuah perusahaan di Zhuzhou untuk mencetak komponen transmisi paduan titanium. Kekuatan tarik suku cadang adalah 850MPa, kekerasan HRC35, kepadatan internal 99,8%, akurasi dimensi ± 0,03 mm, dan masa pakai suku cadang 50% lebih lama dibandingkan suku cadang pengecoran tradisional. Hal ini karena parameter laser (daya 300W, kecepatan pemindaian 1200mm/s) dioptimalkan dan bagian-bagiannya diperlakukan dengan anil vakum.