Цех механической обработки с ЧПУ

Лазерное, электронно-лучевое и дуговое аддитивное производство титана

Опубликовано: просмотров: 577

При аддитивном производстве из титана используются лазеры, электронные пучки или электрические дуги для изготовления сложных деталей, близких к конечной форме. В данном руководстве проводится сравнение методов селективного лазерного плавления, лазерного наплавления металла, электронно-лучевого плавления в слое порошка и аддитивного производства с использованием дуговой сварки по таким параметрам, как точность, скорость наплавления, стоимость исходного материала, остаточные напряжения, размеры изделия, качество поверхности и потребности в последующей обработке. В нем также описываются типичные микроструктуры сплавов Ti-6Al-4V, Ti-17 и Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V, их поведение при криогенной обработке, термическую полосатость, а также перспективные направления, включая мониторинг процессов, высокотемпературные сплавы, композиты с титановой матрицей и армирование TiB или TiC для промышленных деталей, предъявляющих высокие требования.

Титановые сплавы сочетают в себе высокую удельную прочность, коррозионную стойкость и термостойкость, однако их традиционная обработка является дорогостоящей и сложной. Аддитивное производство позволяет создавать детали, близкие по форме к конечным, слой за слоем, что делает его привлекательным для изготовления сложных деталей для аэрокосмической и медицинской отраслей. Основными источниками энергии являются лазеры, электронные пучки и электрические дуги.

Лазерное аддитивное производство

Селективное лазерное плавление

При селективном лазерном плавлении с помощью сфокусированного лазерного луча плавятся последовательные слои порошкового слоя в соответствии с данными модели, разбитой на слои. После затвердевания одного слоя платформа для печати опускается, на нее насыпается новый порошок, и цикл повторяется.

Принцип селективного лазерного плавления титановых сплавов

Такие параметры технологического процесса, как мощность лазера, скорость сканирования, толщина слоя, шаг штриховки и стратегия сканирования, определяют плотность, наличие дефектов, остаточные напряжения и текстуру. В исследовании по Ti-6Al-4V, цитируемом в источнике, сообщается, что полное отжигание при 840 °C в течение 2 ч изменяет микроструктуру, полученную в процессе напечатывания, и повышает её однородность.

Микроструктура Ti-6Al-4V после полного отжига при температуре 840 градусов Цельсия в течение 2 часов

Лазерное наплавление металла

При лазерном наплавлении металла порошок или проволока подаются непосредственно в лазерную ванну. Этот метод позволяет создавать детали больших размеров и ремонтировать дорогостоящие узлы, однако точность наплавки и качество поверхности, как правило, уступают методу плавления на порошковой подушке. Быстрое направленное затвердевание может приводить к образованию крупных столбчатых зерен типа «приор-бета» и структуры «плетёнка», как показано на примере Ti-17.

Микроструктура слоя, нанесённого методом лазерного наплавления Ti-17 в исходном состоянии

Лазерные технологии обеспечивают высокую точность и эффективное использование материала, однако ограничивающими факторами по-прежнему остаются стоимость порошка, остаточные напряжения, ограниченные размеры изготавливаемых деталей, стабильность процесса и необходимость последующей обработки.

Аддитивное производство с использованием электронного пучка

Технология электронно-лучевого наплавления на порошковой подушке работает в вакууме и обеспечивает предварительный нагрев порошковой подушки, что позволяет снизить температурные градиенты и остаточные напряжения. Она хорошо подходит для реакционноспособных титановых сплавов и позволяет достигать высоких скоростей наплавления, хотя качество поверхности и точность размеров, как правило, ниже, чем при лазерном наплавлении на порошковой подушке.

Морфология порошка Ti-6Al-4V для аддитивного производства с использованием электронного пучка

Источник сообщает, что Ti-6Al-4V, полученный методом плавления на порошковой подушке, способен сохранять хорошую криогенную пластичность с относительным удлинением, равным примерно 20% при 20 К и 29% при 77 К, и связывает эти свойства с деформационным твиннингом.

Микроструктура образца титана, полученного методом наплавки на порошковой подушке

Аддитивное производство с использованием дуговой сварки

В аддитивном производстве с использованием проволочной дуги применяются электрическая дуга и проволочный расходный материал. Высокая скорость наплавки и низкая стоимость расходного материала делают этот метод подходящим для изготовления крупных конструкционных деталей, однако при этом наблюдается высокий приток тепла, точность размеров ниже, и может потребоваться значительная механическая обработка. Термический цикл может приводить к образованию макроскопических полос и неоднородных микроструктур в наплавленных слоях Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V.

Микроструктура верхней макроскопической зоны при аддитивном производстве с использованием дуговой сварки проволокой из сплава Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V

Какой процесс аддитивного производства титана выбрать?

Процесс Основное преимущество Основное ограничение Типичное применение
Лазерная термическая обработка с использованием порошкового слоя Высокая степень детализации и точность Стоимость порошка, остаточные напряжения и ограниченный объем печати Небольшие сложные детали
Лазерное наплавление металла Гибкое нанесение и ремонт Более низкое разрешение и качество поверхности Ремонт и средние и крупные детали
Сплавление порошкового слоя электронным пучком Вакуумная обработка и снижение остаточного напряжения Более шероховатая поверхность и меньшая детализация Реакционноспособные сплавы и серийное производство
Аддитивное производство с использованием дуговой сварки Высокая скорость осаждения и низкая стоимость проволоки Высокое тепловложение и значительный объем финишной обработки Крупногабаритные конструкционные заготовки

В дальнейших исследованиях основное внимание будет уделяться композитам с титановой матрицей, сплавам, предназначенным для эксплуатации при температурах выше 600 °C, а также наноразмерным армирующим материалам, таким как TiB и TiC. Для более широкого внедрения в промышленность будут иметь решающее значение надежный мониторинг, моделирование, контроль дефектов и разработка правил проектирования с учетом специфики конкретных технологических процессов.

Нужна инженерная поддержка по обработке на станках с ЧПУ?

Поделитесь своим чертежом, материалом, заданным допуском или вопросом по применению. Наша команда инженеров поможет рассмотреть маршрут обработки и предложит практичный следующий шаг.

Контактная форма product-list

STEP, IGS, STL, DWG, DXF, PDF, JPG или ZIP. Макс. 50 МБ. Несколько файлов или файлы большого размера? Напишите по электронной почте: [email protected]

Похожие статьи

Справочник по материалам

Как параметры EBSM влияют на микроструктуру титана и его усталостную прочность

Параметры селективного плавления электронным пучком оказывают значительное влияние на микроструктуру, твердость, дефекты и усталостную прочность титана. В данной статье рассматриваются такие аспекты, как предварительный нагрев порошка Ti-6Al-4V, мощность пучка, сканирование...

Читать статью

Справочник по материалам

Где применяют инжекционное формование титановых порошков (MIM)?

Технология литья титана под давлением находит всё более широкое применение в производстве медицинского оборудования, аэрокосмической техники, бытовой электроники, носимых устройств и высокоточной промышленной продукции. В этой статье объясняется, почему...

Читать статью

Справочник по материалам

Как легирующие элементы влияют на свойства титановых сплавов?

При легировании титана используются определенные элементы для регулирования стабильности альфа- и бета-фаз, температуры фазового перехода, прочности, коррозионной стойкости и реакции на термообработку. В данной статье...

Читать статью

Справочник по материалам

Какие бывают типы титановых сплавов, виды термической обработки и области применения?

Титан и титановые сплавы сочетают в себе высокую удельную прочность, термостойкость и коррозионную стойкость, а также отвечают строгим требованиям к высокотемпературной обработке. В данном руководстве описаны коммерчески доступные...

Читать статью

Информация о поставщике

Компания
Xinchuangmeng Co., Ltd.
Местоположение
Шэньчжэнь, Гуандун, Китай
Услуга
Механическая обработка прецизионных деталей
WhatsApp
+86 186 3895 1317
Электронная почта
[email protected]
Отправить письмо
Адрес
No. 2, Anrun Road, Tangxiayong, Yanluo Street, Bao'an District

Самая горячая статья