¿El tratamiento térmico afectará la precisión dimensional de las piezas?

一, La principal forma en que el tratamiento térmico cambia el tamaño de las cosas.
1. Dejar de lado el estrés residual y el estrés térmico
El método de impresión 3D de metal calienta y enfría rápidamente el material, lo que provoca distorsión de la red interna y tensión residual. Para aliviar la tensión mediante la relajación de la red, el tratamiento térmico consiste en calentar a una temperatura inferior a la temperatura de recristalización (por ejemplo, mantener la aleación de titanio a 800 grados durante 2 horas). Pero la desigualdad en la liberación de tensiones podría inducir deformación local. Por ejemplo, si el diseño de la estructura de soporte para las palas de turbinas de motores de aviones no es bueno, retirar el soporte después del tratamiento térmico puede inducir una concentración de tensión local y deformación del borde de la pala, con una deformación de 0,1 a 0,3 mm.
2. Cambio de volumen debido a un cambio de fase
Durante el tratamiento térmico, los materiales pueden cambiar de fase (como la transformación martensítica), lo que puede hacer que su volumen aumente o se reduzca. Por ejemplo, las aleaciones de alta temperatura-a base de níquel-pueden cambiar de austenita a martensita si la velocidad de enfriamiento es demasiado rápida después del tratamiento con solución (1080 grados durante 1 hora). Esto puede hacer que las piezas impresas mediante fusión en lecho de polvo por láser (LPBF) se expandan en volumen y cambien de tamaño. Los datos experimentales indican que el error de dimensión crítica de los componentes que carecen de una velocidad de enfriamiento regulada puede alcanzar ± 0,05 mm después del tratamiento térmico, más allá de los límites permisibles establecidos por los estándares de aviación.
3. Crecimiento de granos y homogeneidad de tejidos.
Controlar la velocidad de calentamiento y el tiempo de mantenimiento durante el tratamiento térmico puede mejorar la uniformidad del tejido y el tamaño del grano. Pero si los granos crecen de manera desigual, podrían causar diferentes grados de contracción en diferentes lugares. Por ejemplo, calentar un compuesto reforzado con fibra de carbono continua (CCFRC) a 100 grados aumenta la cristalinidad de su matriz del 17,42% al 22,76%. Pero si las fibras no están espaciadas uniformemente, se podría generar una diferencia de tamaño de 0,02 a 0,05 mm, lo que dificultaría unir las cosas correctamente.
2, un ejemplo común: el tratamiento térmico tiene dos efectos sobre la precisión dimensional
1. Aeroespacial: encontrar el equilibrio adecuado entre alta precisión y alto rendimiento
Boeing fabrica soportes para aviones utilizando tecnología LPBF; sin embargo, es necesario tratarlos térmicamente-para aumentar su resistencia a la tracción a 520 MPa. Pero después del tratamiento térmico, resulta difícil mantener estables las dimensiones de las piezas. Para obtener un control preciso, haga lo siguiente:
Compensación previa-deformación: utilice la pre-deformación inversa en el modelo original para acercar el modelo compensado al tamaño óptimo después del tratamiento térmico. Esto mejorará la precisión de la impresión en un 66,2%.
Calentamiento y enfriamiento segmentados: uso de un enfoque de calentamiento por fases (mantener a 50 grados durante 30 minutos) y enfriamiento retardado (enfriamiento por aire después de enfriar el horno a 200 grados) para reducir el estrés térmico producido por los gradientes de temperatura, con la deformación regulada dentro de ± 0,03 mm.
2. Implantes médicos: la combinación de biocompatibilidad y corrección dimensional
Al imprimir en 3D cotilos acetabulares de aleación de titanio, la estructura microporosa de la superficie (5-10 μm) debe ser muy precisa en términos de tamaño. Una empresa concreta obtiene un control preciso con el método combinado de "recocido de alivio de tensión + grabado ácido":
Recocido de reducción de tensión: Mantenga a 650 grados durante 2 horas para eliminar cualquier tensión de impresión sobrante y hacer que las alteraciones de tamaño sean menos probables durante el siguiente grabado con ácido.
Tratamiento de grabado ácido: utilice una mezcla de ácido fluorhídrico y solución de ácido nítrico para grabar durante 10 minutos para formar microporos homogéneos. Esto evitará que la liberación de tensión cause corrosión local. Las diferencias de tamaño deben mantenerse dentro de ± 0,02 mm.
3. Moldes industriales: encontrar el equilibrio adecuado entre coste y uso
Mediante el procedimiento de tratamiento térmico "solución sólida+envejecimiento", una empresa específica ha endurecido los moldes de aleación de aluminio hasta 120 HB. Sin embargo, necesitan encontrar un equilibrio entre costo y precisión:
El método rentable-es únicamente arenar (valor Ra inferior o igual a 3,2 μm) las piezas para satisfacer las necesidades típicas de moldeado de plástico. Esto reduce el coste de cada pieza en un 40%, pero las dimensiones no son muy estables.
Solución de alto-rendimiento: aumenta el mecanizado de precisión CNC (valor Ra menor o igual a 0,8 μm), lo cual es bueno para piezas de moldes que deben ser muy brillantes o transparentes. Esto triplicará el tiempo de procesamiento, pero la precisión dimensional será de ± 0,01 mm.
3, Estrategia para controlar la precisión dimensional: mejorar los procesos y desarrollar nuevas tecnologías
1. Parámetros del proceso coincidentes: hacer que los procesos de tratamiento térmico y de impresión funcionen juntos
Los ajustes para el tratamiento térmico deben ser los mismos que los del proceso de impresión 3D, como la temperatura y la velocidad de enfriamiento. Por ejemplo, si imprime una aleación Inconel 718 usando LPBF y la capa de impresión tiene un espesor de 0,05 mm, deberá emplear un tratamiento de solución de 1150 grados y un tratamiento de envejecimiento de 720 grados para minimizar las grietas y los cambios dimensionales que ocurren cuando el material se enfría demasiado rápido. Las pruebas han demostrado que la coincidencia de parámetros puede hacer que las piezas duren tres veces más y que sus dimensiones sean más estables en un 50%.
2. Sistema de gestión térmica inteligente: vigila las cosas en tiempo real y realiza cambios según sea necesario
Utilizando sensores infrarrojos y control de retroalimentación de temperatura, el sistema de gestión térmica inteligente hace que el campo térmico sea más uniforme. El sistema de inteligencia artificial creado por Platinum Technology puede cambiar la potencia del láser y la velocidad de escaneo en tiempo real. Esto evita que la temperatura cambie demasiado durante la impresión de brackets de aleación de titanio, manteniéndola dentro de ± 5 grados. Después del tratamiento térmico, el sistema también reduce la desviación dimensional de ± 0,05 mm a ± 0,02 mm.
3. Nuevas formas de tratar térmicamente las cosas: el calentamiento local y el proceso compuesto
Tratamiento térmico local: El calentamiento por inducción o el tratamiento térmico local con láser se utiliza en piezas de gran tamaño para evitar que se deformen al calentarlas por completo. Mediante un tratamiento de solución local, un soporte de aviación específico ha alcanzado una resistencia a la tracción de 520 MPa y una estabilidad dimensional superior a ± 0,03 mm.
Proceso compuesto: uso de tratamiento térmico y prensado isostático en caliente (HIP) juntos para eliminar defectos internos y mejorar la estructura. La vida a fatiga de los álabes de las turbinas de los motores de aviación de GE es tres veces mayor después del tratamiento HIP y la deformación dimensional se mantiene por debajo del 0,05%.