Como as peças impressas em metal 3D podem melhorar sua resistência ao desgaste da superfície?

一, otimizando parâmetros do processo: prevenção de falhas microestruturais em sua origem
1. Gerenciamento cooperativo da abordagem de varredura e poder a laser
O comportamento dinâmico do pool de fusão no processo seletivo de fusão a laser (SLM) é diretamente impactado pelo alinhamento da potência do laser e da velocidade de varredura. Por exemplo, quando a energia do laser é de 250W e a velocidade de varredura é de 1000 mm/s, a piscina de fusão pode esfriar a uma taxa de 10 k/s, formando pequenos precipitados de fortalecimento das fases 'e' '. Isso aumenta a dureza da superfície da parte impressa para 450 HV, que é 30% maior que a das peças fundidas tradicionais. Este é o caso do Inconel 718, uma liga baseada em níquel -. Uma abordagem de varredura do quadro de xadrez, por outro lado, pode distribuir eficientemente o estresse térmico, diminuir a densidade das rachaduras na superfície e diminuir a probabilidade de descascar durante o desgaste.
2. Alinhamento preciso da densidade de energia e espessura da camada
De acordo com dados experimentais, a rugosidade da superfície de peças impressas em aço inoxidável 316L pode ser diminuída de Ra 8,2 μm para RA 4,5 μm quando a espessura da camada diminui de 50 μm para 30 μm. A densidade da superfície das peças impressas da liga de titânio pode se aproximar de 99,95% combinando a fórmula de densidade de energia (E=p/(v × h × t), onde p é energia, v é velocidade, h é diâmetro do ponto e t é a espessura da camada) e otimizar as combinações de parâmetros. Isso reduz bastante o desgaste abrasivo causado por poros.
3. Projeto Inovação para Suporte Estruturas
O uso da árvore - como suportes em vez de suportes de grade convencional para estruturas de suspensão pode evitar danos na superfície durante o processamento do post - e reduzir a área de contato de suportes em mais de 30%. O método de suporte adaptativo da Boeing fornece um substrato de qualidade - alto para um tratamento resistente subsequente -, ajustando dinamicamente a densidade de suporte para diminuir a taxa de defeito da superfície das lâminas do motor de aviação impressas para 0,3%.
A densificação da superfície e a reconstrução da microestrutura são duas tecnologias de fortalecimento do processamento de processamento -.
Procedimento de densificação usando prensagem isostática quente (quadril)
A tecnologia HIP usa os efeitos combinados de alta pressão (100-150 MPa) e alta temperatura (1000-1200 graus) para remover quase 99% dos poros encontrados em objetos impressos. Após o tratamento do quadril, a vida útil da fadiga do contato foi aumentada 2,3 vezes e a dureza da superfície dos discos de turbina feita de liga de cromo cobalto aumentou de 380 HV para 520 HV. Mesmo em uma atmosfera com temperaturas de até 1500 graus, o bico de combustível do motor Leap tratado pela GE Aviation utilizando essa técnica mantém resistência consistente ao desgaste.
2, Modificação de superfície via processamento de agitação de fricção (FSP)
O FSP pode refinar o tamanho do grão para 0,5 - 1 μm usando altos - velocidade de agitação de velocidade para criar deformação plástica. Quando comparado aos componentes não tratados, o tratamento com FSP pode aumentar a dureza da superfície das peças de liga de alumínio impressas para 180 HV e aumentar a resistência ao desgaste em 40%. Para configurações complexas de canal de fluxo interno, como o tratamento resistente ao desgaste -} dos canais de resfriamento em propulsores de aeronaves, essa tecnologia é especialmente adequada para fortalecimento da superfície.
LSP, ou peening de choque a laser
O LSP cria uma camada de tensão compressiva residual na superfície do material de até 1 mm de profundidade usando o laser pulsado de energia alta - Após o tratamento com LSP, a vida útil da fadiga de peças impressas feitas de liga de titânio TC4 foi triplicada e a microheridade da superfície aumentou para 520 hv. Os principais componentes do trem de pouso do avião C919 tiveram suas superfícies fortalecidas usando essa tecnologia.
3, um sistema de proteção de escala multi - é construído usando a tecnologia de revestimento funcional.
1. Casado rígido usando deposição física de vapor (PVD)
O coeficiente de atrito pode ser reduzido para 0,15 e a dureza da superfície de peças impressas em aço inoxidável 316L pode se aproximar de 2200 hV aplicando um revestimento CRN utilizando a tecnologia de placar de arco multi -}. A uma alta temperatura de 1000 graus, a energia da Siemens diminuiu a taxa de desgaste da oxidação das lâminas de turbinas a gás em 80% em comparação com o material do substrato após a aplicação do revestimento Tialn.
2. Revestimento de gradiente usando revestimento a laser
A tecnologia de revestimento a laser de alimentação síncrona de pó pode ser usada para criar revestimentos de barreira térmica de gradiente Fecraly/Ysz na superfície do níquel - ligas baseadas em. A uma alta temperatura de 1400 graus, o revestimento mantém um baixo coeficiente de expansão térmica de 0,5%, estendendo a vida útil da fadiga térmica das lâminas de turbinas em motores de aviação a 2000 ciclos -} cinco vezes mais que o de partes não revestidas.
3. Revestimento eletroplinado de nano composto
Em comparação com os revestimentos de níquel puros, a dureza do revestimento pode ser aumentada para 650 HV e sua resistência ao desgaste pode ser melhorada em 60%, adicionando 0,5 porcentagem de partículas nano -sic por percentual de peso ao níquel -} solução de eletroplatação baseada. A vida útil dessa tecnologia foi aumentada para três anos em ambientes de água do mar arenosa e foi usada para proteger a superfície dos eixos da bomba de perfuração em plataformas offshore.
4, casos de uso comum e avaliação de desempenho
1 Disco de turbina para motores de aeronaves
Após 1000 horas de alto - Teste de desgaste de temperatura, o disco Inconel 718 Turbine fabricado por rolos - Royce utilizando o processo composto SLM+HIP+PVD mostrado uma melhoria notável na rugosidade da superfície, aumentando apenas 0,2 μM, em oposição a 0.8 μm para tipical para a tipical.
2.
O composto de revestimento SLM+FSP+a laser usado para tratar a engrenagem de aço inoxidável 316L criada pelo CSIC aumenta o potencial de ponta para +0.3 v (SCE) em uma solução de NaCl de 3,5% e fornece 2,5 vezes a resistência ao desgaste necessária para atender aos padrões da API 6A.
3. Anéis de pistão para motores de automóveis
A uma alta temperatura de 200 graus, o coeficiente de atrito do anel de pistão baseado em aço - produzido pelo SLM é reduzido para 0,08 e a taxa de consumo de combustível diminui 3,2% após o fortalecimento do choque do laser e o diamante - como carbono (DLC) com tratamento de revestimento.