Apakah ada perbedaan yang signifikan dalam kinerja komponen cetakan 3D logam sebelum dan sesudah perlakuan panas?

1. Struktur mikro: perubahan kualitas dari cacat menjadi kepadatan
Proses pencetakan 3D logam melibatkan pemanasan dan pendinginan material dengan cepat, yang menyebabkan banyak cacat kecil terjadi di dalam objek. Misalnya, dalam metode peleburan lapisan bubuk laser (LPBF), kumpulan lelehan mendingin dengan cepat, yang menghasilkan kristal kolumnar kasar dengan dislokasi kepadatan tinggi dan mikropori pada batas butir. Cacat ini tidak hanya menurunkan kepadatan material (biasanya 98% –99,5%), namun juga menyebabkan terbentuknya retakan, yang membuat komponen menjadi lebih lemah dalam hal kualitas mekanisnya.
Perlakuan panas memperbaiki struktur mikro dengan melakukan hal berikut:
Densifikasi: Perlakuan pengepresan isostatik panas (HIP) bekerja dengan suhu tinggi (biasanya 0,7-0,9 kali titik leleh material) dan tekanan tinggi (100-200MPa) untuk menutup pori-pori internal dan retakan mikro bagian tersebut. Misalnya, setelah perlakuan HIP, kepadatan suku cadang paduan suhu tinggi untuk mesin penerbangan tertentu meningkat dari 99,2% menjadi 99,99%, dan suku cadang tersebut dapat bertahan lima kali lebih lama sebelum rusak.
Pemurnian butir: Proses rekristalisasi selama anil dapat memperkecil ukuran butir. Misalnya, anil bagian cetakan paduan aluminium pada suhu 350 derajat selama 2 jam mengurangi ukuran butir dari 100 μm menjadi 20 μm dan meningkatkan kekuatan luluh sebesar 15%.
Kontrol perubahan fasa: Saat Anda melakukan quench dan temper baja, Anda dapat membuat struktur-fasa ganda yang terdiri dari martensit dan sisa austenit. Misalnya, setelah dipadamkan pada suhu 1050 derajat dan ditempa pada suhu 200 derajat, kekerasan komponen cetakan baja cetakan mencapai 58HRC, dan komponen tersebut tiga kali lebih tahan terhadap keausan dibandingkan komponen yang tidak diberi perlakuan.
2, Sifat mekanik: berubah dari rapuh menjadi kuat
Perlakuan panas sangat penting untuk membuat sifat mekanik barang cetakan 3D logam menjadi lebih baik. Misalnya, saat melihat paduan-suhu tinggi GH4169, bagian yang dicetak memiliki kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang sedikit lebih rendah dibandingkan bagian yang ditempa, namun perpanjangan putus dan penyusutan-penampang jauh lebih buruk. Setelah perlakuan panas rutin (anil pelepas stres dan anil homogenisasi), kualitas tariknya pada suhu kamar dan suhu tinggi memenuhi atau melampaui standar penempaan. Daya tahannya-pada suhu tinggi juga lebih unggul dibandingkan komponen palsu.
Kesenjangan kinerja ditunjukkan pada:
Peningkatan kekuatan: Prosedur pendinginan membuat struktur martensit dengan mendinginkannya dengan cepat, yang membuatnya lebih sulit. Misalnya, setelah quenching, kekuatan tarik komponen cetakan yang terbuat dari paduan suhu tinggi-berbasis nikel-naik dari 460MPa menjadi 585MPa.
Ketangguhan yang lebih baik: Tempering dapat menghilangkan stres dan membuat segalanya menjadi lebih sulit. Misalnya, setelah pendinginan dan temper pada suhu 550 derajat, ketangguhan benturan bagian cetakan poros transmisi mobil meningkat dari 15J/cm² menjadi 35J/cm².
Mengoptimalkan kinerja kelelahan: Perlakuan panas dapat memperbaiki masalah di dalam material dan memperlambat penyebaran retakan akibat kelelahan. Setelah perlakuan panas, umur kelelahan komponen cetakan GH4169 pada 650 derajat adalah 20% lebih lama dibandingkan dengan komponen palsu.
3. Stabilitas dimensi: dari pembengkokan hingga kepastian yang tepat
Komponen logam yang dicetak 3D dapat berubah ukuran setelah dicetak karena pelepasan tegangan sisa atau perubahan struktur mikro. Hal ini mungkin mempersulit penyatuannya dengan benar. Perlakuan panas dapat sangat meningkatkan stabilitas dimensi dengan membuat struktur mikro lebih stabil dan menghilangkan tegangan.
Lebih sedikit deformasi: Annealing dapat memperkecil perbedaan koefisien muai panas antar bagian dan memperkecil deformasi pemesinan. Misalnya, deviasi diameter bagian cetakan penukar panas saluran aliran kompleks berubah dari ± 0,15 mm menjadi ± 0,05 mm setelah anil.
Stabilitas-jangka panjang: Perawatan penuaan dapat menghilangkan larutan padat jenuh dalam bahan dan menjaga ukurannya agar tidak berubah terlalu banyak seiring berjalannya waktu. Misalnya, setelah berumur 170 derajat selama 8 jam, tingkat perubahan ukuran komponen paduan aluminium cetak turun dari 0,3% per tahun menjadi 0,05% per tahun.
Adaptasi struktur rumit: Perlakuan panas dapat membantu mencegah akumulasi tegangan selama pemrosesan untuk struktur kompleks seperti struktur-berdinding tipis dan berpori. Setelah anil dua kali lipat (700 derajat × 2 jam + 500 derajat × 4 jam), batas kelelahan implan ortopedi paduan titanium meningkat dari 450 MPa menjadi 600 MPa, yang cukup untuk menopang berat tubuh seiring waktu.
4. Persyaratan Kinerja Khusus: Terobosan Universal hingga Khusus: Perlakuan panas juga dapat memberikan kualitas unik pada objek cetakan 3D logam, yang membuatnya berguna dalam lebih banyak situasi.
Peningkatan ketahanan terhadap korosi: Perlakuan larutan padat dapat melarutkan fase kedua dalam material, sehingga mengurangi kemungkinan terjadinya korosi melalui cara elektrokimia. Misalnya, setelah diolah dengan larutan pada suhu 1050 derajat, potensi lubang pada komponen cetakan baja tahan karat 316L meningkat dari 320mV menjadi 450mV, sehingga baik untuk digunakan dalam kondisi maritim.
Kontrol sifat magnetik: Perlakuan panas dapat mengubah orientasi butir dan tegangan sisa bahan magnetik lunak untuk menjadikan karakteristik magnetiknya lebih baik. Misalnya, setelah dipanaskan hingga 750 derajat, permeabilitas magnetik bagian katup solenoid tertentu meningkat sebesar 20% dan jumlah energi yang digunakan turun sebesar 15%.
Meningkatkan biokompatibilitas: Implan medis perlu dipanaskan untuk menghilangkan kontaminan permukaan dan membuat lapisan pasivasi. Misalnya, kekasaran permukaan Ra pada implan ortopedi paduan titanium meningkat dari 3,2 μm menjadi 0,8 μm setelah pencucian asam dan anil pada suhu 500 derajat, dan kecepatan sel menempel pada implan meningkat sebesar 40%.
5. Sebuah studi kasus: Perlakuan panas dapat membuat karakteristik paduan CuCrZr jauh lebih baik dengan cara yang tidak diharapkan.
Karena memiliki konduktivitas dan kualitas mekanik yang tinggi, paduan CuCrZr sering digunakan pada bagian mesin pesawat. Namun, sulit dan mahal untuk membuat struktur rumit menggunakan metode pemrosesan yang khas. Paduan CuCrZr yang dibuat dengan teknik SLM cukup kuat (kekuatan luluh 411MPa) namun kurang baik dalam menghantarkan listrik (31% IACS). Setelah dipanaskan hingga 500 derajat selama satu jam, kekuatan tariknya meningkat menjadi 585 MPa dan konduktivitasnya meningkat menjadi 64% IACS. Hal ini mirip dengan seberapa baik paduan yang diolah bekerja dengan baik. Skenario ini menunjukkan bahwa perlakuan panas merupakan langkah penting untuk mendapatkan hasil maksimal dari bahan pencetakan 3D logam.