O tratamento térmico pode melhorar a resistência das peças metálicas impressas em 3D?

1. Os princípios da tecnologia de tratamento térmico: transformando a microestrutura em propriedades macroscópicas
Ao aquecer, isolar, resfriar e fazer outras coisas, o tratamento térmico modifica a estrutura cristalina, a composição das fases e a distribuição de falhas dos materiais metálicos, o que melhora suas propriedades mecânicas. A coisa mais importante sobre o tratamento térmico para objetos metálicos impressos em 3D é:
Alívio do estresse residual
Durante a impressão 3D, os materiais passam por ciclos rápidos de fusão e solidificação, o que deixa tensões residuais no interior dos componentes. Essas tensões podem fazer com que as peças dobrem, quebrem ou falhem por fadiga. A terapia de recozimento consiste em aquecer as peças acima da temperatura na qual elas podem recristalizar e depois resfriá-las lentamente. Isso pode fazer com que os grãos se recuperem e recristalizem, o que libera tensões no interior das peças. Por exemplo, uma empresa de transporte ferroviário em Zhuzhou usou recozimento a vácuo para preparar peças de transmissão em liga de titânio-impressas em SLM. Isso reduziu a tensão residual para 30% do valor original e tornou as peças muito mais estáveis ​​em tamanho.
Refinar e misturar grãos
Quando as peças impressas em 3D esfriam muito rapidamente, elas podem apresentar grãos grossos e uma orientação irregular, o que torna o material mais fraco. Ao ajustar a taxa de resfriamento, o tratamento de normalização pode tornar o tamanho do grão 50% a 70% menor do que era antes e também pode interromper a segregação dos componentes. Na indústria aeroespacial, por exemplo, o tratamento de normalização é frequentemente usado para melhorar a estrutura dos grãos das peças de liga de alta-temperatura Inconel 718, o que aumenta seu limite de escoamento em 15% a 20%.
Precipitação durante a fase de fortalecimento
Ao manipular a temperatura e o tempo, o tratamento de envelhecimento estimula os átomos do soluto a se unirem para criar fases de reforço distribuídas (como fase e fase '), o que torna o material muito mais duro. A equipe da Monash University, na Austrália, envelheceu a liga de titânio Beta-C impressa pela SLM a 480 graus. A resistência à tração final foi de 1.611 MPa, um novo recorde para a resistência específica de metais impressos em 3D. O mecanismo de fortalecimento é a criação de precipitados nanogêmeos de alta-densidade.
Controle total sobre o desempenho mecânico
O processo de têmpera e revenido (têmpera com revenido-de alta{0}}temperatura) utiliza transformação martensítica e revenimento-amolecimento para encontrar um equilíbrio entre alta resistência e boa tenacidade nas peças. Depois de temperado e revenido, o aço inoxidável 17-4PH produzido pela SLM tem uma resistência à tração de 1035MPa, um limite de escoamento de 860MPa e um alongamento de aproximadamente 10%. Isso o torna forte o suficiente para peças estruturais que precisam suportar muito peso.
2. Prática Industrial: Novos Usos para Tratamento Térmico em Áreas Importantes
O campo aeroespacial
As pás dos motores de aeronaves, as câmaras de combustão e outras peças precisam ser capazes de suportar temperaturas, pressões e tensões muito altas. Isso significa que os materiais utilizados para fabricá-los devem ser muito resistentes. A GE Aviation imprime bicos de combustível Inconel 718 usando tecnologia SLM. Em seguida, eles empregam prensagem isostática a quente (HIP) e tratamento de envelhecimento em solução para eliminar os poros internos (densidade maior ou igual a 99,9%), o que torna as peças 40% mais resistentes a 650 graus. Funcionou bem para fazer muitos motores LEAP.
Campo de dispositivos médicos
É importante que os implantes ortopédicos sejam fortes e seguros para o corpo. A Johnson & Johnson Medical fabricou articulações do quadril Ti6Al4V usando SLM e depois usou recozimento a vácuo para se livrar do estresse residual da superfície. O polimento químico também foi empregado para suavizar a superfície até Ra0,8 μm, o que triplicou a vida útil do implante em fadiga e atendeu-às necessidades clínicas de longo prazo.
Domínio do trânsito ferroviário
O SLM é usado por uma empresa em Zhuzhou para imprimir peças para transmissões em liga de titânio. A resistência à tração das peças é de 850MPa, a dureza é HRC35, a densidade interna é de 99,8%, a precisão dimensional é de ± 0,03 mm e a vida útil das peças é 50% maior do que a das peças fundidas tradicionais. Isso ocorre porque os parâmetros do laser (potência 300W, velocidade de digitalização 1200mm/s) foram otimizados e as peças foram tratadas com recozimento a vácuo.