Cum se evaluează viața de oboseală a pieselor tipărite metalice 3D?

1. Testare standardizată: Configurarea de referințe pentru evaluare
Organizația Internațională pentru Standardizare (ISO) și Societatea Americană pentru Evaluare și Materiale (ASTM) au stabilit regulile de bază pentru evaluarea duratei de oboseală a articolelor tipărite metalice 3D. Standardul ASTM E466-21 este unul dintre acestea. Standardizează forma, dimensiunea, metoda de încărcare și metodologia de colectare a datelor a eșantioanelor de testare, astfel încât oamenii de știință să poată testa durata de oboseală axială a aliajelor metalice. Acest standard spune:
Pregătirea eșantionului: Procedurile de topire selectivă laser (SLM) sau de topire a fasciculului de electroni (EBM) sunt utilizate pentru a imprima tije cilindrice standard sau exemplare cu fascicul curbat pentru a vă asigura că dimensiunile sunt corecte. De exemplu, o firmă de motoare de aviație a schimbat setările de imprimare, astfel încât rugozitatea suprafeței probelor Ti6Al4V a trecut de la RA 12 μm la RA 3,2 μm. Acest lucru a scăzut foarte mult șansa de concentrare a stresului.
Controlul mediului: pentru a împiedica influențele mediului să afecteze comportamentul oboselii, urmăriți cu atenție temperatura mediului de testare (± 2 grade), umiditatea (± 5% RH) și concentrația de oxigen. De exemplu, în timp ce testați probe de oțel inoxidabil 316L într -un mediu de pulverizare cu sare, este necesar să reproduceți condițiile oceanului pentru a evalua performanța de rezistență la oboseală a coroziunii.
Colectarea și analizarea datelor: Utilizarea metodelor statistice pentru a face curbe S - n pentru a găsi limita de oboseală a condițiilor materiale, puteți monitoriza orele de ciclu, răspunsul la stres și timpul de fractură în timp real. Un producător de dispozitive medicale și -a testat articulația artificială din aliaj de crom de cobalt tipărit 3D de 10 ori și a constatat că rezistența sa la oboseală este mai mare de 95% din cea a pieselor falsificate.
2. Caracterizarea defectelor: Aflați ce a provocat eșecul
Defectele interne au un efect mare asupra cât timp elemente imprimate metalice 3D. Studiile au demonstrat că dimensiunile, locația și alinierea defectelor, porii și particulelor nemeltate sunt determinanți critici la debutul fisurilor de oboseală. De exemplu, porii din aliaj TI6Al4V care au peste 50 μm lățime pot reduce durata de oboseală cu mai mult de 60%. Deci, trebuie să folosim abordări multi - de detectare a scării pentru a descrie pe deplin defecte:
Testarea care nu deteriorează obiectul: x - Tomografia calculată cu raze (CT) este utilizată pentru a măsura cantitatea de porozitate și distribuția defecțiunilor. Testarea cu ultrasunete este, de asemenea, utilizată pentru a găsi probleme în legarea dintre straturi. Un furnizor specific de componente de aviație a descoperit prin scanarea CT că rafinarea abordării de scanare poate diminua porozitatea de la 0,8% la 0,2%.
Analiza metalelor: urmăriți modificarea microstructurii și vedeți cum tratarea termică afectează dimensiunea boabelor și compoziția fazelor. De exemplu, presarea izostatică fierbinte (HIP) poate face ca boabele de fază alfa a aliajului Ti6AL4V să fie mai mici de 5 μm, ceea ce crește considerabil rezistența la oboseală.
Măsurarea stresului rezidual: Utilizați metoda de difracție a razei X - pentru a găsi stres rezidual pe suprafață și vedeți cum afectează rata cu care se răspândesc fisurile. Un anumit producător de mașini a folosit peening -ul împușcat pentru a adăuga -400MPa de stres de compresie reziduală, ceea ce a făcut ca jante din aliaj de aluminiu să dureze de trei ori mai mult.
3, Optimizarea procesului: Gestionarea pericolelor la sursă
Setările procesului de imprimare au un efect direct asupra microstructurii și caracteristicilor defectelor pieselor. Viața de oboseală poate fi îmbunătățită foarte mult prin setări de reglare -} și post -:
Controlul densității energetice: Pentru a minimiza defecțiunile de stropire cauzate de prea puțină sau prea multă energie, ar trebui să reglați puterea laserului, viteza de scanare și grosimea stratului. De exemplu, o companie a folosit designul experimental DOE pentru a afla că cea mai bună densitate energetică pentru imprimarea SLM 316L oțel inoxidabil este de 80J/mm ³, ceea ce îl face cu 25% mai puternic față de oboseală.
Optimizarea direcției de construcție: Faceți anisotropie să aibă un efect mai puțin asupra performanței oboselii. De exemplu, durata de oboseală a epruvetelor de tracțiune care sunt perpendiculare pe stratul de imprimare este cu 40% mai mică decât cea a eșantioanelor care sunt paralele cu acesta. Acest lucru poate fi îmbunătățit mult prin schimbarea unghiului în care sunt plasate părțile.
Tehnologia pentru procesare POST -:
Presarea izostatică fierbinte (șold) scapă de porii interni și crește rezistența la oboseală a aliajului Ti6AL4V de la 450MPa la 620MPa.
Tratamentul suprafeței: pentru a face suprafața mai netedă, se utilizează lustruirea vibrațiilor sau lustruirea electrochimică. Peening -ul împușcat este apoi utilizat pentru a adăuga stres de compresie reziduală. De exemplu, durata de oboseală a unei lame specifice a motorului aeronavei este de 1,2 ori mai mare decât a unui articol falsificat în urma unei combinații de peening de împușcare și lustruire a vibrațiilor.
4. Digital Twin: prezicerea și verificarea buclei închise
Proiectul principal al Departamentului Apărării din SUA a folosit multi -- Fusion senzor și tehnologii digitale Twin pentru a crea un sistem de buclă închis - pentru monitorizarea procesului de imprimare și prezicerea longevității sale.
Real - Monitorizarea în timp a temperaturii piscinei de topire, a acumulării de căldură și a dezvoltării defectelor folosind o combinație de senzori optici, infraroșii și acustici. Senzorul acustic al companiei Addiguru, de exemplu, poate ridica modificări minime ale undelor sonore în metale și poate găsi pori cu 20 μm sau mai mare în diametru.
Modelarea unui gemeni digitale: faceți copii virtuale ale fiecărei părți, urmăriți defectele și testați modul în care funcționează sub presiuni diferite. Software -ul Genoa al lui Alphastar folosește mecanici de simulare și fractură pentru microstructură pentru a ghici cât timp vor dura piesele sub 10 cicluri, cu o rată de eroare mai mică de 10%.
Testarea în laborator: Utilizați testarea oboselii pentru a vă asigura că modelul este corect. Universitatea Auburn a testat probe TI6AL4V tipărite 3D de 10 ori și a constatat că durata de viață anticipată a modelului Twin Digital a corespuns cu 92%valoarea reală.
5. Practica industriei: învățarea din cazurile trecute
GE Aviation folosește tehnologia SLM pentru a imprima duze de combustibil pentru motor în industria aerospațială. Aceste duze durează de două ori mai mult decât piesele falsificate tradiționale și au zburat mai mult de 10 milioane de ore fără a eșua.
În domeniul medical, Johnson & Johnson 3D tipar de cobalt din aliaj de crom de cobalt cu cupe de șold care au trecut de 10 cicluri în testarea oboselii care au imitat un mediu uman. Acest lucru este mult mai bun decât standardul industriei de 5 × 10 cicluri.
În industria auto, BMW Group angajează jachete de apă din aluminiu tipărit 3D, cu 40% mai ușoare, datorită optimizării topologiei. De asemenea, folosesc tratament termic T6 pentru a le face să dureze peste 2000 de ore, ceea ce este perfect pentru motoarele care rulează în condiții foarte dure.