EBM TC4 titanium qotishmasini shakllantirish jarayoni

Birinchidan, qismning umumiy 2D ma'lumotlarini olish uchun qismning 3D modeli Magicsl9.0 dasturi orqali ma'lum bir qalinlik bo'yicha tilimlanadi va qatlamlanadi. Keyinchalik, EBM tizimi qotishma kukunini substratda ma'lum bir qalinlikka teng ravishda tarqatadi va volfram simidan o'tadigan oqimdan hosil bo'lgan elektron nurni issiqlik manbai sifatida ishlatadi. Fokuslash bobini va elektromagnit burilish bobini ta'sirida substratdagi qotishma kukuni qayta ishlanadi. Eritmani skanerlash. Har safar elektron nur qatlamni skanerdan o'tkazganda va eritganda, dastgoh bir qatlam balandligiga tushadi va keyin kukun yana tarqaladi. Elektron nurlar jarayonni qayta-qayta skanerlaydi va eritadi va har bir qayta ishlangan qatlam bir butunga kondensatsiyalanadi. Butun ishlab chiqarish jarayoni vakuumli muhitda amalga oshiriladi, bu qayta ishlash jarayonida titanium qotishmasining oksidlanish ehtimolini samarali ravishda oldini oladi. Ishlab chiqarish tugallangandan so'ng, EBM tizimi qismlarni qurilish kamerasidan chiqaradi va ularni changni qayta tiklash tizimiga joylashtiradi. Qismlar yuzasiga yopishib qolgan kukunni olib tashlash uchun PRSda yuqori bosimli havo ishlatiladi va nihoyat silliq yuzaga ega kalıplanmış qismlarni oladi.

EBM texnologiyasining asosiy parametrlariga elektron nur oqimi, tezlashuv kuchlanishi, skanerlash tezligi, qatlam qalinligi, skanerlash chizig'i oralig'i va fokus kompensatsiyasi kiradi. Ushbu parametrlarni sozlash orqali turli xil energiya zichligini olish mumkin, masalan, elektron nur oqimini oshirish yoki skanerlash tezligini kamaytirish. Yuqori energiya zichligiga erishish mumkin. Energiya zichligi miqdori kalıplanmış qismlarning mikro tuzilishi, nuqsonlari va mexanik xususiyatlariga katta ta'sir qiladi. Tegishli energiya zichligi qotishmani yaxshi mexanik xususiyatlarga ega qiladi. EBM texnologiyasining noyob shakllantirish jarayoni tufayli, EBM hosil bo'lgan TC4 titanium qotishmasidan hosil bo'lgan qismlarning mikro tuzilishi va mexanik xususiyatlari an'anaviy tarzda ishlab chiqarilgan (masalan, zarb qilish) TC4 titanium qotishmasidan hosil bo'lgan qismlardan farq qiladi.

2.1 TC4 titanium qotishmasi hosil bo'lgan EBMning mikro tuzilishi va ta'sir etuvchi omillari

Shakllantirish jarayonida TC4 titanium qotishmasidan hosil bo'lgan EBMning harorat o'zgarishi uning mikro tuzilishiga ta'sir qiladi. Birinchidan, kukun elektron nurning ta'siri ostida eritiladi va suyuq qotishma harorati taxminan 1700 darajaga etadi, bu TC4 titanium qotishmasining fazaga o'tish haroratidan (995 daraja) ancha yuqori. Bu vaqtda suyuq qotishma asl donalardan iborat; keyin, elektron nur uzoqlashganda, suyuq qotishma tez konstruksiya haroratiga (odatda 650-700 daraja) soviydi va barqaror qoladi va qattiq holga keladi. Bu vaqtda qotishma → + ga o'tadi va ignasimon faza va ustunli faza cho'kadi. A1-Bermani va boshqalar. Ushbu bosqichda sovutish tezligi 410 darajadan yuqori bo'lsa, metastabil martensit cho'kadi, bu uzoq vaqt davomida yuqori haroratli muhitga ta'sir qilgandan keyin + qatlamli tuzilishga ajraladi va uning ko'p qismi bo'ladi. Nozik igna o'xshash latalar, fazaning kichik qismi bilan. Keyin hosil bo'lgan TC4 titanium qotishmasi asta-sekin qurilish haroratidan xona haroratiga qadar sovutiladi va qotishma mikro tuzilishi sezilarli darajada o'zgarmaydi va hali ham + fazalardan iborat. TC4 titanium qotishmasidan tashkil topgan EBM va zarb qilingan TC4 titanium qotishmasining mikro tuzilishi 2-rasmda ko'rsatilgan.

Mahalliy va xorijiy olimlar EBM-shakllangan TC4 titanium qotishmalarining mikro tuzilishi bo'yicha ko'plab tadqiqotlar o'tkazdilar va qoliplash jarayoni parametrlari, qoliplangan qismlarning joylashuvi va qoliplangan qismlarning o'lchamlari kabi omillar sovutish tezligiga ta'sir qilishini aniqladilar. qoliplash jarayonida qotishma, shu bilan uning don hajmiga ta'sir qiladi. Hrabe va boshqalar. energiya kiritish TC4 titanium qotishma kukunini zich qismlarni hosil qilish uchun to'liq eritishi mumkinligini ta'minlash sharoitida elektron nurni skanerlash tezligini mos ravishda oshirish eritilgan hovuz hajmining pasayishiga, sovutish tezligining oshishiga olib keladi va shunday qilib mayda zarrachalar cho'kadi. lath va beta bosqichi. Murr va boshqalar. va Vang va boshqalar. EBM hosil qilgan TC4 titanium qotishmasining mikro tuzilishi turli joylarda har xil ekanligini aniqladi. 3-rasmda ko'rsatilganidek, pastroq cho'kma balandligi bo'lgan pozitsiya yuqori sovutish tezligiga ega, chunki u kalıplama substratiga yaqinroqdir. Bu beqaror o'sish zonasi va nozik igna o'xshash fazani cho'ktirishga moyil; cho'kma balandligi yuqori bo'lgan pozitsiya yuqori sovutish tezligiga ega. Lata qanchalik qalin bo'lsa, donalar shunchalik katta bo'ladi; ma'lum bir balandlikka yotqizilgandan so'ng, u barqaror o'sish zonasida bo'lib, lata va donalarning kattaligi barqaror bo'lishga intiladi. Vang va boshqalar. shuningdek, qoliplangan qism o'lchamining EBM hosil qilgan TC4 titanium qotishmasining mikro tuzilishiga ta'sirini o'rganib chiqdi va qatlamma-qatlam erish va qotib qolish jarayonida kichikroq namunalar kattaroq sovutish tezligiga ega ekanligini aniqladi va shu bilan nozik fazalarni cho'ktirdi. Galarraga va boshqalar. Keyinchalik o'rganildi va EBM qoliplangan TC4 titanium qotishmasining mikro tuzilishidagi o'zgarishlar qurilish kamerasida yashash vaqti bilan bog'liqligini aniqladi. Yashash vaqti juda uzun bo'lsa, bu cho'kma balandligining pastki qismidagi cho'kma balandligi pastroq bo'lishiga va mikroyapıning qo'pol bo'lishiga olib keladi. natija. .

2.2 EBM kalıplanmış TC4 titanium qotishmasining nuqsonlari

Jarayon parametrlarini noto'g'ri tanlash yoki jarayon aralashuvi tufayli EBM TC4 titanium qotishma qismlari turli nuqsonlarni keltirib chiqarishi mumkin. Zhai va boshqalar. EBM qolipli TC4 titanium qotishmasining mikro tuzilishida ikkita tipik nuqson borligini aniqladi: biri nuqsonli kukunga singib ketgan argon gazidan kelib chiqadigan teshik; ikkinchisi qotishma kukunining yomon erishi natijasida paydo bo'lgan g'ovakdir.

Gong va boshqalar. TC4 titanium qotishma nuqsonlarini kirish elektron nurining energiya zichligiga qarab ikkita asosiy toifaga ajratdi. Energiya zichligi juda past bo'lsa, eritilgan hovuzlarni eritilgan hovuzlarga va qatlamlar orasiga to'liq ulash etarli emas, ma'lum miqdordagi teshiklar bilan birga tartibsiz erish nuqsonlarini hosil qiladi. Energiya zichligi juda yuqori bo'lsa, mahalliy issiqlik tez ko'tariladi. Kukun erib ketganda, u sirt tarangligi ta'sirida sferoidlanadi (kukunning issiqlik o'tkazuvchanligi past), shu bilan teshiklarni hosil qiladi. Kahnert va boshqalar. energiya kiritish juda yuqori bo'lsa, faqat kalıplanmış qismlarning sirt sifati yomonlashishini emas, balki og'ir holatlarda chang qoplama tizimining maqsadli mashinasi ishlamay qolishi aniqlandi, shuning uchun ishlab chiqarish jarayonining o'zi to'xtatilishi kerak. Bundan tashqari, elektron nurlar oqimi ma'lum bir chegaradan oshib ketganda, qotishma kukunlari uchib ketadi va qatlamda tartibsiz teshiklar qoladi. Og'ir holatlarda, 5-rasmda ko'rsatilganidek, butun kukunli qatlam qulab tushadi; Kukun to'shagini tayyorlash Issiqlik uning yopishishini yaxshilash, qotishma kukuniga elektron nurning surishini engish va changning qulashini oldini olish uchun ishlatiladi. Kamchiliklar C4 titanium qotishmasining mexanik xususiyatlariga salbiy ta'sir qiladi. Nosozliklar paydo bo'lishini kamaytirish uchun skanerlash tezligini nazorat qilish, skanerlash chizig'i oralig'ini sozlash va elektron nur oqimini optimallashtirish kabi EBM jarayoni parametrlarini optimallashtirish kerak.

3.1 EBMning valentlik xususiyatlari TC4 titanium qotishmasini hosil qildi

Bruno va boshqalar. EBMni shakllantirish va zarb qilish natijasida hosil bo'lgan TC4 titanium qotishmasining kuchlanish xususiyatlarini o'rgandi. EBM hosil qilgan TC4 titanium qotishmasi shakllantirish jarayonida g'ovak nuqsonlariga moyil bo'lib, uning mikro tuzilishi notekis taqsimlanganligi sababli uning kuchlanish kuchiga olib keladi, eng yuqori rentabellik kuchi mos ravishda 996MPa va 919MPa ni tashkil qiladi, bu esa zarb qilingan TC4 titanining kuchidan bir oz pastroqdir. qotishma (tortishish kuchi va oqish quvvati mos ravishda 1034MPa va 991MPa); Vang va boshqalar. shuningdek, TC4 titanium qotishmasidan tashkil topgan EBMning kuchlanish xususiyatlarini o'rgangan. Aniqlanishicha, uning cho‘zilish kuchi 1002MPa, oquvchanligi 932MPa, cho‘zilishi esa 14,4%. Barcha ishlash ko'rsatkichlari tavlanish va qarish bilan ishlov berishdan keyin TC4 titanium qotishma zarblariga qaraganda yuqori.

EBM hosil bo'lgan TC4 titanium qotishmasining mexanik xususiyatlarida sezilarli anizotropiya mavjud. Bruno va boshqalar. va Hrabe va boshqalar. EBM qoliplangan namunalarning gorizontal yo'nalishdagi cho'zilish kuchi vertikal yo'nalishdagiga qaraganda kuchliroq ekanligini, qoliplangan namunalarning gorizontal yo'nalishidagi cho'zilish esa vertikal yo'nalishdagi cho'zilishdan kichikroq ekanligini aniqladi. Bunga qotishma ichidagi notekis B donalari sabab bo'ladi: kalıplanmış namuna asosan vertikal yo'nalishda o'sadi; gorizontal yo'nalishda kichikroq birlamchi donalarning shakllanishi don chegaralarida stress to'planishini kamaytiradi va shu bilan yoriqlar boshlanishini kechiktiradi va uni biroz kattaroq cho'zadi.

Hrabe va boshqalar. elektron nurni skanerlash tezligini oshirish (energiya zichligi bilan salbiy bog'liq) plastinka qalinligini biroz qisqartirishini aniqladi (1,16 mkm → 0, 95un), shu bilan valentlik kuchini, oqish quvvatini va mikroqattiqlikni 2% ga oshiradi. mos ravishda. , 3% va 2%.

Formanoir va boshqalar. EBM hosil qilgan TC4 titanium qotishmasini ikkita sovutish usulidan foydalangan holda 60 daqiqa davomida 950 daraja va 1040 daraja 30 daqiqa davomida ushlab turdi: suvni sovutish va havo sovutish. Qotishmaning kuchlanish kuchi va oquvchanligi biroz pasaygan va cho'zilish sezilarli darajada yaxshilanmagan. Bu shuni ko'rsatadiki, faqat EBM shakllantirishning asosiy parametrlarini nazorat qilish qotishma xususiyatlarini yaxshilashning samarali usuli hisoblanadi.

3.2 EBMning charchoq xususiyatlari TC4 titanium qotishmasini hosil qildi

Chan va boshqalar. 600MPa (± 10%) o'zgaruvchan egilish stressi ta'sirida TC4 titanium qotishmasidan tashkil topgan EBM va prokatlangan TC4 titanium qotishmasining charchash muddatini (tsikllar soni) sinovdan o'tkazdi. Natijalar shuni ko'rsatadiki, EBM hosil bo'lgan TC4 titanium qotishmasining charchash muddati haddelenmiş qotishma charchoq muddatining atigi 17% ni tashkil qiladi; EBM hosil bo'lgan TC4 titanium qotishmasining sinishi yomon erish joylari tufayli turli shakldagi gözenekler bilan taqsimlanadi va uning sirt pürüzlülüğü ham uzoqda. TC4 titanium qotishmasidan yuqori, bu uning kam charchoq muddati uchun muhim sababdir.

Tammas-Williams va boshqalar. issiq izostatik presslash bilan ishlov berish EBM hosil qilgan TC4 titanium qotishmasidagi ko'p teshiklarni samarali ravishda yo'q qilishi mumkinligini aniqladi, ammo agar namunada ba'zi tunnel teshiklari mavjud bo'lsa va sirtga ulangan bo'lsa, HIP bilan ishlov berish ostidagi yuqori bosimli argon gazi tunnellarga kirib boradi. . Teshiklarda bu tunnel nuqsonlari biroz kengayadi, bu esa HIP davolashni muvaffaqiyatsizlikka olib keladi; HIP tunnel nuqsonlarini bartaraf etishdan oldin namunaga qoplama qo'shish. Shui va boshqalar. EBM hosil bo'lgan TC4 titanium qotishmasini HIP bilan ishlov berishdan so'ng, latalar qalinlashgan bo'lsa-da, dislokatsiya zichligi pasaygan va valentlik kuchi va oquvchanlik quvvati mos ravishda 870MPa va 788MPa dan 819MPa va 711MPa gacha kamaygan, HIP bilan ishlov berish strukturani yanada bir xil qilgan. qotishmaning nisbiy zichligi 99,3% dan 99,8% gacha ko'tarilib, yoriqlar paydo bo'lish manbalarini qisqartirdi va shu bilan charchoq kuchini 460boa dan 580MPa gacha oshirdi.