Mengapa perlakuan panas diperlukan setelah pencetakan 3D logam?

1. Menghilangkan tegangan sisa adalah kunci untuk menghentikan deformasi dan keretakan.
Selama proses pencetakan logam 3D, material mengalami siklus pemanasan dan pendinginan yang cepat, sehingga meninggalkan tegangan sisa pada produk. Misalnya, dalam proses peleburan lapisan bubuk laser (LPBF), kumpulan lelehan mendingin dengan cepat, yang mungkin memberi tekanan pada logam di sekitarnya yang belum meleleh. Bagian tersebut dapat bengkok, retak, atau melampaui batas ukuran jika tegangan terhadap material terlalu tinggi. Misalnya, bilah mesin pesawat berbahan paduan titanium memiliki dinding yang tipis. Jika bahan tersebut tidak diberi perlakuan panas-setelah dicetak, sisa tegangan dapat menyebabkan bahan tersebut pecah secara tidak terduga selama pemrosesan atau penggunaan, yang akan sangat berbahaya.
Anil pengurangan stres dan metode perlakuan panas lainnya dapat menghilangkan sisa stres dengan sangat baik. Selama proses anil, potongan dipanaskan hingga suhu di bawah titik rekristalisasi (biasanya 50% hingga 70% titik leleh material), disimpan di sana selama jangka waktu tertentu, dan kemudian didinginkan secara bertahap. Pada saat ini, dislokasi internal material diatur ulang, butiran pulih dan mengkristal kembali, dan tegangan dihilangkan. Misalnya, jenis piringan turbin tertentu dianil pada suhu 650 derajat selama 4 jam, yang menurunkan tegangan sisa dari 320MPa menjadi 80MPa dan deformasi sebesar 90%. Hal ini memastikan bahwa pemesinan akan akurat.
2. Memperbaiki struktur mikro: membuat material bekerja lebih baik secara keseluruhan
Pemadatan cepat pada pencetakan 3D logam dapat menyebabkan struktur mikro kasar dan segregasi komposisi, yang dapat merusak kinerja komponen. Misalnya, baja tahan karat 316L yang dicetak LPBF-mungkin memiliki kristal berbentuk kolom yang kasar, dan ketahanan lelahnya 40% lebih rendah dibandingkan baja tempa. Perlakuan panas dapat membuat segalanya berjalan lebih baik dengan mengendalikan struktur mikro:
Pemurnian butiran: Selama anil, proses rekristalisasi dapat membuat butiran menjadi lebih kecil. 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, kekerasan komponen cetakan baja cetakan naik hingga 58HRC setelah dipadamkan pada suhu 1050 derajat dan ditempa pada suhu 200 derajat. Ketahanan ausnya tiga kali lebih tinggi dibandingkan suku cadang yang belum dirawat.
Menghilangkan kekurangan: Tindakan sinergis dari suhu tinggi (biasanya 0,7–0,9 kali titik leleh material) dan tekanan tinggi (100–200MPa) dalam perlakuan pengepresan isostatik panas (HIP) dapat menutup lubang internal dan retakan mikro di beberapa bagian. Setelah perlakuan HIP, kepadatan komponen paduan suhu tinggi-untuk mesin penerbangan tertentu meningkat dari 99,2% menjadi 99,99%, dan komponen tersebut bertahan 5 kali lebih lama.
3. Memenuhi-standar kekuatan yang tinggi untuk meningkatkan kinerja mekanis.
Kualitas mekanis barang cetakan 3D logam sering kali tidak sebaik barang yang dibuat menggunakan metode tradisional. Namun, perlakuan panas dapat membuatnya lebih kuat, lebih keras, dan lebih tangguh.
Perlakuan quenching membuat struktur martensit dengan cara mendinginkannya dengan cepat, sehingga menjadikannya lebih sulit. Misalnya, kekuatan tarik komponen cetakan yang terbuat dari paduan suhu tinggi-berbasis nikel-naik dari 850 MPa menjadi 1200 MPa setelah pendinginan pada suhu 1120 derajat .
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, yang memenuhi standar keselamatan tabrakan.
Memaksimalkan kinerja kelelahan: Perlakuan panas dapat memperpanjang umur material dengan mengontrol struktur mikro dan tegangan sisa. Misalnya, anil ganda (700 derajat selama 2 jam dan 500 derajat selama 4 jam) meningkatkan batas kelelahan implan ortopedi paduan titanium dari 450 MPa menjadi 600 MPa, yang cukup untuk menopang berat tubuh dalam jangka panjang-.
4. Pastikan dimensinya tetap stabil: sesuaikan standar untuk perakitan yang presisi.
Setelah dicetak, potongan logam yang dicetak 3D dapat berubah ukurannya karena pelepasan tegangan sisa atau perubahan struktur mikro. Hal ini dapat mempersulit penyatuannya dengan benar. Perlakuan panas dapat membuat stabilitas dimensi menjadi lebih baik dengan menstabilkan struktur mikro dan menghilangkan tegangan.
Deformasi yang lebih rendah: Perlakuan anil dapat menurunkan perbedaan koefisien muai panas antar bagian dan menurunkan deformasi pemesinan. Misalnya, setelah anil, deviasi diameter bagian cetakan untuk penukar panas saluran aliran kompleks turun dari ± 0,15 mm menjadi ± 0,05 mm, yang memenuhi standar untuk cairan penyegel.
Stabilitas dari waktu ke waktu: Penuaan buatan dan perawatan penuaan lainnya dapat menghilangkan larutan padat jenuh dalam bahan dan mencegahnya berubah ukuran terlalu banyak seiring waktu. Misalnya, laju perubahan ukuran komponen cetakan paduan aluminium turun dari 0,3% per tahun menjadi 0,05% per tahun setelah disimpan pada suhu 170 derajat selama 8 jam. Hal ini memenuhi-kebutuhan layanan ruang angkasa jangka panjang.
5. Memenuhi kebutuhan kinerja yang unik: memperluas jangkauan penggunaan
Perlakuan panas juga dapat memberikan kualitas tertentu pada item cetakan 3D logam, yang membuatnya berguna di lebih banyak tempat:
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.
Mengontrol karakteristik magnetik: Perlakuan panas dapat mengubah orientasi butir dan tegangan sisa bahan magnetik lunak untuk menjadikan sifat magnetiknya lebih baik. Misalnya, setelah dipanaskan hingga 750 derajat, permeabilitas magnetik suatu bagian katup solenoid 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. Setelah pencucian asam dan anil pada suhu 500 derajat, misalnya, kekasaran permukaan Ra implan ortopedi paduan titanium meningkat dari 3,2 μm menjadi 0,8 μm, dan tingkat adhesi sel meningkat sebesar 40%.