Ti-6Al-4V титанова сплав: Основни характеристики
Алуминий 5,5–6,75%, ванадий 3,5–4,5% и микроелементи като желязо, въглерод, азот, кислород и водород съставляват основните химически компоненти на титановата сплав Ti-6Al-4V. Плътността му е 4,44g/cm³; диапазонът на температурата на топене е 1630–1650 градуса. С диапазони съответно от 825–895 MPa и 895–1180 MPa, тази титанова сплав показва добро удължение (10–15%) и свиване на напречното сечение (25–35%). Неговата якост на опън и граница на провлачване са изключителни.
Слабата топлопроводимост на титановата сплав Ti-6Al-4V, силната химическа активност, тежкото втвърдяване при работа, което води до ниска скорост на рязане и кратък живот на инструмента, следователно трудностите при обработката на тази сплав са много значителни. Техниките за топлинна обработка, включително отгряване, обработка с разтвор и обработка със стареене, могат да помогнат за максимизиране на неговите механични качества. Освен това подходяща за приложение в морския и химическия сектор, сплавта показва голяма устойчивост на корозия при трудни условия, включително окисляване, редуциране, силна киселина и силна основа.
Приложение на аерокосмическа технология за 3D печат на метал
Като усъвършенствана техника за адитивно производство, технологията за 3D печат на метал може да осигури интегрирано формоване на компоненти със сложна форма в космическата индустрия, като по този начин повишава прецизността и качеството на производството. Отличното приложение на титановата сплав Ti-6Al-4V я направи един от най-изследваните материали за метален 3D печат.
Аерокосмическото оборудване, включително коничната обвивка на електрическата кабина, цилиндричната обвивка на електрическата кабина за управление на ракетата и опашната обвивка показва сложни форми и разпръснати структури, включително издатини, ребра, прозорци и т.н. Докато технологията за 3D печат може лесно да изпълни интегрирано формоване на тези сложни структури и гарантира точността и качеството на частите, традиционните производствени техники са предизвикателство за постигане. Компанията Platinum Technology, например, произведе тези компоненти на обвивката за ракетите от серията "txi", които отговарят на критериите, имат силен общ контрол на деформацията, стабилен размер и механични свойства и механична цялост.
Компоненти на двигателя: Особено за важни компоненти като горивни инжектори, турбопомпи и горивни камери, които имат сложни структури и строги изисквания за материални характеристики и точност на производство, производството на ракетни двигатели изисква много високи технически критерии. Интегрираното формоване на сложни конструкции е възможно с помощта на технология за 3D печат, като по този начин се подобрява надеждността и производителността на двигателя.
Структурни компоненти на крилата: Въпреки че имат сложни конструкции, крилата на самолета трябва да имат голяма здравина и малко тегло. Сложни вътрешни структури, включително греди и ребра на крилата, могат да бъдат произведени чрез технология за 3D печат на метал за компоненти на крила. Намаляването на теглото чрез структурен дизайн спомага за подобряване на здравината и твърдостта на крилото едновременно.
лопатки за двигатели: Враждебната работна среда на лопатките на самолетните двигатели изисква висока температурна устойчивост и устойчивост на износване на материалите. Двигателни лопатки с уникални форми и вътрешни структури, включително лопатки с охлаждащи канали, които могат да увеличат ефективността на охлаждане на лопатките и да удължат техния експлоатационен живот, могат да бъдат произведени чрез технология за 3D печат на метал.
Проблеми и решения за 3D печат на Ti-6Al-4V титаниева сплав Метал
Ti-6Al-4V титановата сплав все още създава определени трудности, дори ако има няколко предимства за метален 3D печат. Типичните Ti-6Al-4V компоненти, произведени с добавка, имат анизотропни характеристики на опън с груби колоновидни предишни зърна. По този начин повишаването на характеристиките на опън на зърната с еднаква ос се превърна в основен обект на изследване.
За рафиниране на предишни зърна на Ti-6Al-4V компоненти по време на лазерно насочено отлагане на енергия (LDED), Корейската академия на науките и техниката предложи импулсна лазерно подпомагана техника за производство на добавки (PLAAM). Използвайки лазерно произведени ударни вълни, явления на кавитация и ускорен поток на Марангони за генериране на фини равноосни зърнести структури, този метод включва наносекундни импулсни лазери с LDED системи за доставяне на висока импулсна енергия към стопилката, като по този начин осигурява благоприятна среда. С 3,78 пъти повече количество Prior - зърна на единица площ в сравнение с конвенционалните проби за производство на добавки, изследванията показват, че пробите PLAAM показват по-фини и по-еквиаксиални Prior - зърна по цялата строителна височина от 30 mm.
оптимизация на компоненти за адитивно производство и оценка на производителността
Компонентите, произведени с добавки, трябва да отговарят на изискванията на космическата индустрия, ако трябва да се използват в сектора. В сътрудничество с Rolls Royce, изследователски екип от Технологичния университет Nanyang в Сингапур оцени ефективността на Ti-6Al-4V образци, произведени и произведени с помощта на адитивно производство с лазерно топене на прахообразно легло (L-PBF). Проучванията показват, че генерираните образци от Ti-6Al-4V, направени чрез L-PBF адитивно производство, обработени с аеронавигационен метод на производство (MoM), имат по-добър живот на умора от произведените образци от производството. Освен това, техниката на вибрационно полиране увеличава гладкостта на повърхността и издръжливостта на умора, като същевременно поддържа благоприятното остатъчно напрежение при натиск на ударното уплътняване.
Проучването също така отбелязва, че с 50%, полирането на повърхността може да повиши живота на умора на машинно обработени и ударно запечени компоненти. Удължаването на живота на компонентите и избягването на повреди зависи до голяма степен от методите за обработка на повърхността, включително дробно уплътняване и вибрационно полиране. Дробното уплътняване въвежда напрежение на натиск, като предизвиква пластична деформация на материалите и подобрява повърхностните и подповърхностните зърнести структури, като по този начин подобрява характеристиките на умора. Дробното уплътняване обаче може да причини вариации и прекомерна грапавост на повърхността; така че необходимата грапавост на повърхността изисква последно фино полиране. Вибрационното полиране е техника за групово полиране, при която материалът се отстранява равномерно от повърхността с регулирано темпо и генерира гладки текстури, като по този начин намалява грапавостта на повърхността, като същевременно поддържа напрежението на натиск и фиността на зърното както на повърхността, така и отдолу.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printed-tablet-stand.html