Bagaimana parameter perlakuan panas mempengaruhi kinerja bagian akhir?

1. Parameter suhu: rekonstruksi struktur mikro didorong oleh transisi fase
Kontrol suhu larutan padat dan komposisi fasa
Suhu perlakuan larutan mempunyai pengaruh langsung terhadap seberapa baik unsur paduan larut dalam matriks logam. Inti penguat baja tahan karat 17-4PH cetakan 3D adalah partikel tembaga yang keluar dari matriks martensitnya. Ketika suhu larutan padat dijaga antara 1040 dan 1080 derajat, unsur tembaga seluruhnya larut dalam matriks austenit, menghasilkan larutan padat lewat jenuh. Jika suhu di bawah 1000 derajat, sisa partikel tembaga tidak akan cukup memperkuat material. Jika suhu melebihi 1100 derajat, bahan akan menjadi kurang kuat karena butirannya semakin besar. Menurut penelitian dari Institute of Metals di Chinese Academy of Sciences, perlakuan HIP pada suhu 950 derajat dapat membantu 'martensit berubah menjadi struktur + dua fase pada paduan Ti6Al4V. Hal ini meningkatkan perpanjangan menjadi 13,15% sekaligus menjaga kekuatan luluh pada 909,5MPa.
Memperbaiki perilaku suhu dan curah hujan akibat penuaan
Perlakuan waktu membuat segalanya lebih kuat dengan mengatur ukuran dan penyebaran partikel fase kedua. Tim Universitas Teknologi Shanghai menua paduan CuCrZr yang dibuat oleh SLM pada suhu 500 derajat selama 1 jam. Hal ini meningkatkan kekuatan tariknya dari 460 MPa menjadi 585 MPa dan konduktivitasnya dari 31% IACS menjadi 64% IACS. Mekanisme penguatannya didasarkan pada fakta bahwa atom Cr keluar dari matriks tembaga selama proses penuaan. Hal ini menciptakan partikel CrxZry skala nano yang menghentikan migrasi dislokasi melalui mekanisme penguatan Orowan. Ketika suhu penuaan naik hingga 550 derajat, fase yang diendapkan menjadi lebih kasar, yang membuat material menjadi lebih lemah. Namun, material menjadi lebih ulet, dengan peningkatan daktilitas sebesar 20% karena penurunan ketahanan slip dislokasi.
2. Parameter waktu: Keseimbangan antara perbaikan bug dan kinerja
Waktu untuk memegang dan efektivitas penutupan pori-pori
Durasi penahanan berdampak langsung pada seberapa baik pori-pori diperbaiki setelah perawatan HIP. Penelitian pada proses HIP paduan Ti6Al4V menunjukkan bahwa pada 920 derajat /140MPa, perlakuan 2 jam dapat menurunkan porositas dari 0,8% menjadi 0,02% dan mencapai kepadatan 99,99%; Jika waktu penahanan diperpanjang hingga 4 jam, porositas semakin menurun hingga 0,005%, namun ukuran butir meningkat dari 10 μm menjadi 15 μm, yang mengakibatkan penurunan kekuatan luluh sebesar 8%. Artinya, meskipun waktu penahanan dapat membuat benda menjadi lebih padat, hal ini juga dapat menyebabkan pertumbuhan butiran yang aneh. Jadi, keseimbangan perlu ditemukan antara memperbaiki cacat dan menjaga kinerja tetap tinggi.
Kinetika perubahan fasa dan waktu isolasi
Waktu isolasi perlakuan larutan padat harus memastikan bahwa semua elemen paduan larut sepenuhnya. Untuk paduan IN718 bersuhu tinggi-cetak 3D, menjaganya pada suhu 1080 derajat selama 1 jam dapat melarutkan elemen Nb dalam matriks sepenuhnya. Jika periode isolasi dikurangi menjadi 30 menit, fase penguatan '' tidak dapat mengendap sepenuhnya, sehingga menyebabkan-kinerja mulur suhu tinggi turun sebesar 40%. Lamanya waktu bahan diisolasi selama perlakuan penuaan berdampak pada ukuran fase yang terbentuk. Misalnya, setelah penuaan pada suhu 720 derajat selama 8 jam, fase '' pada paduan 718 berukuran 50nm, yang merupakan yang terbaik untuk penguatan. Setelah 16 jam penuaan, fase yang diendapkan meningkat menjadi 100nm, yang menyebabkan kekuatan turun sebesar 15%.
3. Tingkat pendinginan: menyempurnakan organisasi dan mengendalikan tegangan sisa
Tingkat pendinginan dan produksi martensit
Laju pendinginan logam selama quenching mempengaruhi produk transisi fasa yang dihasilkannya. Untuk baja perkakas H13 cetakan 3D, laju pendinginan pendinginan oli sebesar 50 derajat/dtk dapat menghasilkan martensit mie datar dengan kekerasan 52HRC. Jika didinginkan dengan udara (5 derajat/s), struktur bainit akan terbentuk dan kekerasannya akan turun hingga 40HRC. Meskipun pendinginan cepat dapat membuat benda menjadi lebih keras, hal ini juga dapat menyebabkan keretakan. Untuk menemukan keseimbangan yang tepat antara kekerasan dan tegangan sisa, diperlukan pendinginan bertahap (misalnya, pendinginan pertama hingga 600 derajat, lalu pendinginan oli).
Tingkat pendinginan yang lambat dan menghilangkan stres
Laju pendinginan yang lamban selama perlakuan anil berdampak pada pelepasan tegangan sisa. Butuh waktu 2 jam untuk mendinginkan paduan aluminium AlSi10Mg untuk pencetakan 3D dari 300 derajat ke suhu kamar dengan kecepatan 5 derajat/menit. Hal ini mengurangi tegangan sisa sebesar 70%. Jika laju pendinginan dinaikkan hingga 20 derajat/menit, tegangan sisa hanya akan turun sebesar 30%. Pendinginan yang lambat membantu penataan ulang dislokasi dan migrasi batas butir, sehingga mengurangi stres. Namun laju pendinginan yang terlalu lambat dapat menyebabkan butiran menjadi lebih kasar, oleh karena itu diperlukan pengaturan optimasi material yang tepat.
4. Pengoptimalan kolaboratif multi-parameter: dari "trial and error" hingga "kontrol presisi"
Teknologi kembar digital mendorong prediksi parameter
Siemens dan Boeing bekerja sama untuk membuat platform kembar digital yang dapat menunjukkan bagaimana bidang suhu, bidang tegangan, dan struktur mikro paduan Ti6Al4V yang dicetak 3D berubah selama perawatan HIP. Sistem dapat menentukan metode HIP terbaik (misalnya 920 derajat /140MPa/2 jam) dengan mempertimbangkan hal-hal seperti porositas awal dan ukuran butir. Hal ini dapat membuat suku cadang bertahan tiga kali lebih lama dan mengurangi separuh jumlah pengujian.
Inversi parameter dengan bantuan pembelajaran mesin
GE Aviation menggunakan teknik pembelajaran mesin untuk melihat 100.000 set data perlakuan panas dan membuat model pemetaan "kinerja laju pendinginan waktu suhu". Model ini dapat mengetahui pengaturan proses yang akan berfungsi untuk kebutuhan kinerja tertentu. Ketika paduan IN718 perlu mempertahankan umur mulur 1000 jam pada 650 derajat, misalnya, sistem menyarankan skema proses penuaan larutan padat 1080 derajat /1 jam+720 derajat /8 jam. Umur creep yang diukur adalah 1200 jam.
5. Studi kasus suatu industri: berpindah dari laboratorium ke pabrik
Bidang dirgantara
Untuk meningkatkan pencetakan 3D cakram turbin paduan suhu tinggi-berbasis nikel, Rolls Royce mengadopsi perlakuan HIP. Suku cadang yang diberi perlakuan HIP memiliki umur mulur 173 jam pada suhu tinggi 1400 derajat, lebih dari 50 jam yang diperlukan untuk komponen penting mesin GE9X.
Bidang Implan Medis
Setelah perawatan HIP pada suhu 950 derajat selama 4 jam pada implan sendi pinggul Ti6Al4V cetakan 3D oleh Johnson&Johnson, kekuatan lelah maksimumnya mencapai 550MPa (107 siklus), sama dengan kondisi forged annealed. Bersamaan dengan itu, kekasaran permukaan Ra<0.01 μm satisfied the biocompatibility criteria.