Akankah perlakuan panas mempengaruhi keakuratan dimensi bagian?

一, Cara utama perlakuan panas mengubah ukuran benda
1. Melepaskan tegangan sisa dan tegangan termal
Metode pencetakan 3D logam dengan cepat memanaskan dan mendinginkan material, yang menyebabkan distorsi kisi internal dan tegangan sisa. Untuk menghilangkan stres melalui relaksasi kisi, perlakuan panas adalah pemanasan hingga suhu di bawah suhu rekristalisasi (misalnya, menjaga paduan titanium pada suhu 800 derajat selama 2 jam). Namun pelepasan tegangan yang tidak merata dapat menyebabkan deformasi lokal. Misalnya, jika desain struktur pendukung bilah turbin mesin pesawat tidak bagus, pelepasan dukungan setelah perlakuan panas dapat menyebabkan konsentrasi tegangan lokal dan lengkungan tepi bilah, dengan deformasi 0,1–0,3 mm.
2. Perubahan volume karena adanya perubahan fasa
Selama perlakuan panas, bahan dapat berubah fase (seperti transformasi martensit), yang dapat menyebabkan volumenya bertambah atau menyusut. Misalnya, paduan suhu tinggi-berbasis nikel-dapat berubah dari austenit menjadi martensit jika laju pendinginan terlalu cepat setelah perlakuan larutan (1080 derajat selama 1 jam). Hal ini dapat menyebabkan komponen yang dicetak dengan peleburan lapisan bubuk laser (LPBF) membesar volumenya dan berubah ukurannya. Data eksperimen menunjukkan bahwa kesalahan dimensi kritis pada komponen yang tidak memiliki laju pendinginan yang diatur dapat mencapai ± 0,05 mm pasca-perlakuan panas, melampaui batas yang diizinkan yang ditetapkan oleh standar penerbangan.
3. Pertumbuhan butir dan homogenitas jaringan
Mengontrol laju pemanasan dan waktu penahanan selama perlakuan panas dapat meningkatkan keseragaman jaringan dan ukuran butir. Namun jika butirannya tumbuh tidak merata, hal ini dapat menyebabkan jumlah penyusutan yang berbeda di tempat yang berbeda. Misalnya, memanaskan komposit yang diperkuat serat karbon (CCFRC) hingga 100 derajat akan meningkatkan kristalinitas matriksnya dari 17,42% menjadi 22,76%. Namun jika jarak serat-seratnya tidak sama, perbedaan ukuran mungkin akan terjadi sebesar 0,02 hingga 0,05 mm, sehingga akan lebih sulit untuk menyatukan semuanya dengan benar.
2, Contoh umum: perlakuan panas memiliki dua efek pada akurasi dimensi
1. Dirgantara: menemukan keseimbangan yang tepat antara akurasi tinggi dan kinerja tinggi
Boeing membuat braket pesawat menggunakan teknologi LPBF, namun braket tersebut perlu diberi perlakuan panas-untuk meningkatkan kekuatan tariknya hingga 520MPa. Namun setelah perlakuan panas, menjadi sulit untuk menjaga dimensi potongan tetap stabil. Untuk mendapatkan kontrol yang tepat, lakukan hal berikut:
Kompensasi pra{0}}deformasi: Gunakan pra-deformasi terbalik pada model asli untuk membuat model kompensasi mendekati ukuran optimal setelah perlakuan panas. Ini akan meningkatkan akurasi pencetakan sebesar 66,2%.
Pemanasan dan pendinginan tersegmentasi: Menggunakan pendekatan pemanasan bertahap (ditahan pada suhu 50 derajat selama 30 menit) dan pendinginan tertunda (pendinginan udara setelah pendinginan tungku hingga 200 derajat) untuk mengurangi tekanan termal yang dihasilkan oleh gradien suhu, dengan deformasi diatur dalam ± 0,03 mm.
2. Implan medis: kombinasi biokompatibilitas dan kebenaran dimensi
Saat mencetak cangkir asetabular paduan titanium 3D, struktur berpori mikro permukaan (5–10 μm) harus sangat presisi dalam hal ukurannya. Perusahaan tertentu memperoleh kendali yang tepat dengan metode gabungan "anil pelepas stres + etsa asam":
Anil pengurangan stres: Tahan pada suhu 650 derajat selama 2 jam untuk menghilangkan sisa tekanan pencetakan dan memperkecil kemungkinan perubahan ukuran selama etsa asam berikutnya.
Perawatan etsa asam: Gunakan campuran asam fluorida dan larutan asam nitrat untuk mengetsa selama 10 menit untuk membuat mikropori homogen. Hal ini akan mencegah pelepasan tegangan yang menyebabkan korosi lokal. Perbedaan ukuran harus dijaga dalam ± 0,02 mm.
3. Cetakan industri: Menemukan keseimbangan yang tepat antara biaya dan penggunaan
Melalui prosedur "larutan padat+penuaan" untuk perlakuan panas, perusahaan tertentu telah membuat cetakan paduan aluminium lebih keras hingga 120HB. Namun, mereka perlu menemukan kompromi antara biaya dan akurasi:
Metode yang-efektif biaya adalah dengan hanya melakukan sandblast (nilai Ra Kurang dari atau sama dengan 3,2 μm) pada bagian-bagian tersebut untuk memenuhi kebutuhan cetakan plastik pada umumnya. Ini memotong biaya masing-masing bagian sebesar 40%, namun dimensinya tidak terlalu stabil.
Solusi performa-tinggi: Meningkatkan pemesinan presisi CNC (nilai Ra Kurang dari atau sama dengan 0,8 μm), yang cocok untuk bagian cetakan yang harus sangat berkilau atau jernih. Ini akan melipatgandakan waktu pemrosesan, namun keakuratan dimensinya akan menjadi ± 0,01 mm.
3, Strategi untuk mengendalikan akurasi dimensi: meningkatkan proses dan menghasilkan teknologi baru
1. Mencocokkan parameter proses: membuat perlakuan panas dan proses pencetakan bekerja sama
Pengaturan perlakuan panas harus sama dengan pengaturan proses pencetakan 3D, seperti suhu dan laju pendinginan. Misalnya, jika Anda mencetak paduan Inconel 718 menggunakan LPBF dan lapisan pencetakan setebal 0,05 mm, Anda perlu menggunakan perlakuan larutan 1150 derajat dan perlakuan penuaan 720 derajat untuk meminimalkan retakan dan perubahan dimensi yang terjadi saat bahan terlalu dingin. Pengujian telah menunjukkan bahwa parameter yang cocok dapat membuat komponen bertahan tiga kali lebih lama dan membuat dimensinya lebih stabil hingga 50%.
2. Sistem manajemen termal cerdas: mengawasi segala sesuatunya secara real-time dan membuat perubahan sesuai kebutuhan
Menggunakan sensor inframerah dan kontrol umpan balik suhu, sistem manajemen termal cerdas menjadikan medan termal lebih seragam. Sistem AI besutan Platinum Technology dapat mengubah kekuatan laser dan kecepatan pemindaian secara real time. Hal ini menjaga agar suhu tidak berubah terlalu banyak selama pencetakan braket paduan titanium, menjaganya dalam ± 5 derajat. Setelah perlakuan panas, sistem juga mengurangi deviasi dimensi dari ± 0,05 mm menjadi ± 0,02 mm.
3. Cara-cara baru untuk memanaskan sesuatu: pemanasan lokal dan proses komposit
Perlakuan panas lokal: Pemanasan induksi atau perlakuan panas lokal laser digunakan pada potongan besar agar tidak berubah bentuk saat dipanaskan seluruhnya. Melalui perawatan solusi lokal, braket penerbangan spesifik telah mencapai kekuatan tarik 520MPa dan stabilitas dimensi lebih baik dari ± 0,03mm.
Proses komposit: menggunakan perlakuan panas dan pengepresan isostatik panas (HIP) secara bersamaan untuk menghilangkan kelemahan internal dan memperbaiki struktur. Umur kelelahan bilah turbin mesin penerbangan GE tiga kali lebih lama setelah perawatan HIP, dan deformasi dimensi dijaga di bawah 0,05%.