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3、Inconel718(GH4169/UNS N07718)是什么材质
西门子瑞典芬斯蓬工厂:3D打印革命下的燃气轮机制造
芬斯蓬工厂负责生产功率从15MW到50MW(1MW,即从SGT-500到SGT-800的5个型号,此外,英国生产的更小功率SGT-300和SGT-400,以及北美生产的航改型燃气轮机 Industrial,也会运至芬斯蓬工厂成套,工业流程中产生的氢气或合成气是潜在的燃气轮机燃料,西门子Finspong工厂希望能够利用这些气体为汽。
但是由于在使用时这些气体需要通过燃烧器进行均匀混合,而现有的燃烧器无法达到这样的效果,所以西门子一直无法将这些气体加以利用,而经过设计优化的3D打印燃烧器解决了气体均匀混合的,西门子芬斯蓬工厂生产和组装的上百吨重的燃气轮机,包括全球销量超过325台的SGT-800。
会被整体装车,运向北雪平港,从波罗的海出发,输往世界各地的客户,这是一种名为选择性激光熔融的增材制造技术,与激光烧结技术相比,选择性激光熔融3D打印机控制激光在铺设好的粉末上方,选择性地对粉末进行扫描。
将金属粉末加热到完全熔融后成型,不需要黏合剂,成型的金属零件致密度和力学性能都更好,总体来说,3D打印在注入燃气轮机这样的精密设备领域可发挥的空。
从合金的结晶控制,到零件的精密性和复杂性实现,3D打印不仅仅推动了工业再设计,还在生产和修复过程中节约了生产资源,并通过提高最终产品的性能,带来更大的发电效益发挥除了一两拨千斤的价值,燃气轮机是以连续流动的气体带动叶轮高速旋转的内燃式。
重型燃气轮机是大型天然气发电厂的核心装备,也是公认最难制造的机械装备之一,其核心关键技术为西门子、GE等制造业巨头掌握,目前芬斯蓬工厂还开始为第三方提供3D打印服务,西门子还为克尔斯科核电站的水泵更换了一个叶轮,3D打印叶轮的直径为108mm,用来替换克尔斯科核电站水泵中的旧叶轮。
在叶轮的原始设计缺失的情况下,西门子的工程师采用逆向工程技术创建了叶轮的数字化模,然后通过西门子增材制造工厂中的3D打印设备将叶轮制,在替换旧叶轮之前,克尔斯核电站和一个独立机构对3D打印叶轮进行了测试,测试方法包括CT扫描,以确定它的适用性,测试结果表明。
3D打印替换部件的材料性能甚至优于之前的叶轮,西门子为克尔斯科核电站提供3D打印的叶轮备件,体现出3D打印技术为能源装备制造备品备件的便利性,即在备件已经停产并且没有原始设计的情况下,能源装备中出现问题的零部件仍能及时的得到更换,位于英国的叶片孵化器,3D打印除了用于生产和维修,在加快原型设计方面的作用是不容忽视的。
更快地设计,这是每个工程师的终极梦想,而通过数字建模和3D打印技术,使得设计的迭代过程变得迅速,查找往期文章,请登陆www.51shape.com。
在首页搜索关键词,网站投稿请发送至editor@51shape.co,叶片的加工技术则来自与西门子收购的Material,Materials Solutions的核心竞争力,最擅长的领域包括Inconel 625,Inconel 718。
以及镍基合金包括Hasteloy X,C263,C1023,CM247LC,通过实现对材料在加工过程中的控制,Materials Solutions发展了自己的,不仅是性能优越。
而且其几何形状也是通过传统加工方 式无法实现的,芬斯蓬与燃气轮机,内容参考:3D科学谷、澎湃新闻,芬斯蓬这座人口不过万余的瑞典东约特兰省小城,与燃气轮机产业有着超过一个世纪的渊源,芬斯蓬向东半小时车程,是东部港口城市北雪平。
有“瑞典的曼彻斯特”之称,不过,发电领域给3D打印工艺提出了更高的要求,以燃气轮机为例,首先。
零件热负荷接近于普通金属的熔点,其次,涡轮叶片所承受的离心力是净重力的10000倍,最后,叶片尖端的线速度接近声速,这个区域是瑞典工业化起源地之一,16世纪,德格尔家族看中了芬斯蓬的森林和河流资源。
在山上一块岩石裸露的平地建立工厂,为皇室生产大炮和炮弹,1913年,芬斯蓬工厂开始生产涡轮机,工厂几易其主,但涡轮机产业始终不变,迄今为止。
芬斯蓬工厂售出超过800台燃气轮机,2300台蒸汽轮机,其中95%的产品向100多个国家出口,这些经过3D打印设计优化的燃烧器,支持更高燃烧温度,可以处理高达60%的氢与天然气的共燃。
由于氢气比天然气便宜,相比起纯天然气燃料,每年可以节省300万欧元,2016年2月,西门子投资2000多万欧元,将芬斯蓬一处迁出的学校改造成了西门子工业型燃气轮机。
负责燃气轮机零部件的快速原型设计、快速维修和快速生,2016年7月,3D打印零件开始商业化制造,从生产效益到产品效益的提升,西门子芬斯蓬工厂通过增材制造用于燃气轮机的原型设计,西门子提供的数据显示。
增材制造使生产资源使用减少了63%,维修速度提升60%,交货期缩短50%,英国林肯工厂在3D打印燃气轮机叶片上取得的进展,与西门子2016年收购的英国3D打印公司Mater,后者专门生产涡轮机高温应用的高性能部件,3D打印的每一层金属厚度大约在0.02mm到0.0,比头发丝还细。
正在打印的这个燃气轮机零件,共由9000多层构成,算法可以检测每一层出现的漏洞,然后实现自我修正,西门子于2003年收购工厂,成为北雪平和芬斯蓬最大的私营雇主。
芬斯蓬市中心人口只有数千,而西门子工厂雇佣了3300员工,将近一半为当地人,以往通过铸造工艺制造的燃烧器由几个拆分的部件焊接而,通过这种燃烧器仅可在空气中混入几个百分点的氢气。
选择性激光熔化3D打印技术则为燃烧器的设计优化提供,经过优化后的燃烧器拥有一个外壁和一个框架结构的内壁,这个复杂的双壁结构零部件最终通过金属3D打印设备一,不需要将几个单独的部件焊接在一起,根据3D科学谷的市场研究,早在2008年西门子Finspong-芬斯蓬工厂的,限于当时成本与技术的限制。
3D打印技术仅被用于制造产品原型,在经过5年的发展和经验积累之后,2013年分布式发电服务部门已将3D打印的应用拓展,如今这些应用已经融入到芬斯蓬工厂的日常生产工艺中,本期,我们结合参考澎湃新闻走访西门子瑞典芬斯蓬的近距离视。
透过泛出绿光的玻璃窗口,可以看到4个光点正沿着特定的路径,在一层白色的粉末上快速移动,留下凝固成型的银灰色金属图案,接着,工作平台向下降低一级,一条金属片扫过整个平台,重新铺满金属粉末。
进行新一层的金属图案绘制,3D打印注入燃气轮机新活力,燃气轮机是重要的发电装备,由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成,其中燃烧室由外壳与内部的火焰筒、燃烧器组成,燃烧气体通过燃烧室端部燃料入口进入燃烧室火焰筒与压,实现膨胀做功,燃烧室是燃气轮机中的重要部件。
它们设计难度大、材料昂贵,加工工艺复杂,燃气轮机的可靠性在很大程度上取决于这些部件的制造水,(更多信息,请参考3D科学谷发布的《3D打印与高温合金白皮书》,芬斯蓬工厂现有的12台3D打印机,来自德国EOS公司,其中。
有4台是专门适应西门子的需求,进行过软件改造的定制修复打印机,芬斯蓬工厂此前长期回收磨损的燃气轮机零件,进行修复,像前文提到的曾由13个部件和18个焊接点组成和燃烧,以往需要大规模的切断、重铸,现在。
定制的3D打印机只需要截去顶部的24mm,快速打印,交货时间缩短60%,燃气轮机方面,除了芬斯蓬工厂,在西门子的另一个燃气轮机工厂——英国林肯工厂。
3D打印技术对SGT-400燃气轮机的叶片进行了重,叶片设计具有完全改进的内部冷却几何制造,利用多晶镍超合金粉末制造,并改进了冷却性能,在满负荷核心机测试中,叶片被高于1250摄氏度的高温气体包围,每分钟13000转,增材制造可以实现优良的机械性能。
粉末状原材料细晶组织,在微观结构上各向异性需要的控制和引导,西门子叶片的批量生产通过位于美国Worcester,芬斯蓬工厂目前采用3D打印制造的燃气轮机零件,集中在燃烧室部分,SGT-800燃烧室前端,在传统生产过程中,这个部位由13个部件和18个焊接点组成。
而3D打印技术将其作为整体打印,生产时间由数月缩短到一两周,不仅仅将3D打印技术用于燃烧器的制造,芬斯蓬工厂还将3D打印技术用于燃烧器的修复,燃烧器工作在一个极端高温的环境下,西门子的服务工程师会在燃烧器工作3万小时之后将其拆,然后送到Finsopong工厂进行修复,在这里。
工程师将燃烧器顶部去除掉一部分,然后通过近净形3D打印技术直接将需要修复和重建的部,大约20小时之后,旧的燃烧器就修复完成了,随后工程师就可以尽快将修复好的燃烧器安装回去,尽可能降低因停机带来的损失,通过这种方式。
西门子不仅可以对燃烧器按照原有设计进行修复,还可以根据客户要求按照最新优化的设计方案对燃烧器进,穿上安全服、戴上护目镜才能进入的工作间,大致分为原型设计、打印、维修和后期处理四个区域,共配有12台来自于德国EOS公司的3D打印机。
3D打印材料及其应用概述
本文选自《物理》2018年第11期,图3 3D打印的C919 中央翼缘条,水凝胶的3D打印方法包括光固化成形及直写成形(Di,DIW),用于光固化成形的水凝胶成分与光敏树脂类似,包括溶剂、单体、交联剂、光引发剂等,可以添加无机填料以实现水凝胶性能的调控,直写成形是3D打印水凝胶更普及的一种形式。
打印时将水凝胶置于注射器中,采用电脑根据设计的结构控制注射器运动及挤出,挤出的水凝胶在外界条件的刺激(温度、水分、pH、光,为了满足3D打印的要求,通常要求水凝胶的固化速度足够快。
或者流变性能满足在打印时不发生变形,才能实现成功的打印,目前,商业化的水凝胶打印材料较少,大多数都处于实验室研制阶段,3D 打印技术,也被称为增材制造(Additive Manufac,AM)技术。
是一项起源于20 世纪80 年代集机械、计算机、数,该技术的基本原理是根据三维实体零件经切片处理获得的,以点、线或面作为基本单元进行逐层堆积制造,最终获得实体零件或原型,增材制造区别于传统的减材(如切削加工)和等材(如锻,可以实现传统方法无法或很难达到的复杂结构零件的制造,并大幅减少加工工序。
缩短加工周期,因此得到了世界各地科研工作者的广泛关注,根据2018 年的Wohlers Report 报,金属增材制造产业有了明显发展,文中指出,2017 年售出1768 套金属3D 打印设备,相比2016 年的983 套增长了将近80%。
作为3D打印中非常重要的材料,金属材料在汽车、模具、能源、航空航天、生物医疗等行,图1 胸骨假体CAD模型及实物,先进陶瓷是一类采用高纯度原料、可以人为调控化学配比,相比传统陶瓷在力学性能上有显著提高并具有传统陶瓷不,先进陶瓷从用途上可分为结构陶瓷和功能陶瓷,结构陶瓷常用来制造结构零部件。
要求有较高的硬度、韧性、耐磨性和耐高温性能,功能陶瓷则用来制造功能器件,如压电陶瓷、介电陶瓷、铁电陶瓷、敏感陶瓷、生物陶瓷,从化学成分上先进陶瓷可以分为氧化物陶瓷和非氧化物陶,为了获得更高性能的陶瓷,不仅需要对其成分进行优化改良,也对制造工艺提出了更高的要求,成形作为陶瓷制造中重要的一环。
3D打印先进陶瓷也受到了越来越多研究者的关注,图6 DIW技术制备透明石英玻璃流程图,镍基合金是一类发展最快、应用最广的高温合金,其在650~1000°C 高温下有较高的强度和一定,广泛用于航空航天、石油化工、船舶、能源等领域。
例如,镍基高温合金可以用在航空发动机的涡轮叶片与涡轮盘,常用的3D打印镍基合金牌号有Inconel 625,水凝胶是一种具有交联三维网络的高分子结构,能够吸收并保持大量的水分(可达99%)。
根据聚合物来源的不同,可分为天然水凝胶与合成水凝胶,前者如明胶、琼脂、海藻酸钠等具有较高的溶胀性,机械性能相对较差,限制了其应用范围,后者由于水凝胶的成分、结构、交联度可调,使得合成水凝胶的各项性能可以在较大范围内进行调控。
同时,合成水凝胶重复性好,能够进行大规模的生产制造,因此得到国内外研究人员的广泛关注,碳化物和氮化物陶瓷是非氧化物陶瓷的代表,具有高温力学性能优异、热稳定性良好、硬度高等优点,但目前碳化物和氮化物是3D打印的难点。
主要原因如下:(1)碳化物、氮化物熔点很高甚至无熔,难以采用高能束直接熔化成形,(2)碳化物、氮化物在高温环境下易与氧发生反应生成,影响制件的高温性能,(3)3D打印中所使用的大多为有机粘结剂。
成形后有机残碳难以完全去除,影响致密化过程,目前较有效的碳化物、氮化物3D 打印方法主要有SL,SLS是目前研究较多的碳化物和氮化物的3D打印方法,SLS 使用的碳化物、氮化物的材料主要包含无机粉体。
无机粉体可以是碳化物、氮化物本身(可含助烧剂)或者,在制得素坯后,通过一定的后处理得到所需的碳化物、氮化物陶瓷零件,例如SiC 陶瓷可以通过两种方式获得:一是通过SL,之后向骨架中浸渗树脂、热解后生成多孔碳。
最后通过渗硅得到SiC陶瓷,二是通过成形高分子骨架,热解之后得到C 骨架,然后通过渗硅得到SiC 陶瓷,然而这两种方式都不能确保反应完全进行得到纯SiC相,其中的残Si 或者残C都会对SiC 陶瓷的性能产生,粘土矿物是应用最为广泛的陶瓷原料。
其特性是与水混合之后具有可塑性,这种可塑性是许多常用的成形工艺的基础,将粘土加入适量的水制成可塑性良好的陶泥后,便可以进行挤出3D打印,采用挤出3D打印工艺制造的陶瓷器件能够保留3D打印,具有独特的美感。
成形后的陶瓷坯体经过烘干、烧结、上釉之后就能得到陶,这种工艺和耗材成本不高,适合于教育及文化创意行业,除此之外,在一些特殊的应用场合还会有一些其他的需求,如应用于铸造的光敏树脂要求低灰分甚至无灰分。
再如应用牙科矫形器或植入物制造的树脂要求对人体无毒,目前市面上销售的光敏树脂种类多样,能够满足不同领域的需求,按照聚合体系划分,可以分为自由基聚合和阳离子聚合,两者的聚合机理和依靠的活性基团各不相同,自由基聚合依靠光敏树脂中的不饱和双键进行聚合反应,而阳离子聚合依靠光敏树脂中的环氧基团进行聚合反应。
自由基聚合体系固化速度快,原料成本低,但在空气中存在一定程度的氧阻聚效应,会对固化性能及零件性能产生影响,阳离子聚合体系则无氧阻聚效应,固化收缩小甚至无收缩。
但对水分很敏感,且原料成本较高,所以目前3D打印中使用的光敏树脂以自由基聚合体系为,铝合金密度低,耐腐蚀性能好。
抗疲劳性能较高,且具有较高的比强度、比刚度,是一类理想的轻量化材料,3D 打印中使用的铝合金为铸造铝合金,常用牌号有AlSi10Mg、AlSi7Mg、AlS,韩国通信卫星Koreasat-5A及Koreasa。
不仅由原来的多个零件合成一个整体制造,零件重量比原设计降低22%,制造成本降低30%,生产周期缩短1—2个月,为了满足3D 打印的工艺需求,金属粉末必须满足一定的要求,粉末的流动性是粉末的重要特性之一。
所有使用金属粉末作为耗材的3D打印工艺在制造过程中,金属粉末的流动性直接影响到SLM、EBM 中的铺粉,若流动性太差会造成打印精度降低甚至打印失败,粉末的流动性受粉末粒径、粒径分布、粉末形状、所吸收,一般为了保证粉末的流动性。
要求粉末是球形或近球形,粒径在十几微米到一百微米之间,过小的粒径容易造成粉体的团聚,而过大的粒径会导致打印精度的降低,此外,为了获得更致密的零件,一般希望粉体的松装密度越高越好,采用级配粉末比采用单一粒径分布的粉末更容易获得高的。
目前3D打印所使用的金属粉末的制备方法主要是雾化法,雾化法主要包括水雾化法和气雾化法两种,气雾化制备的粉末相比于水雾化粉末纯度高、氧含量低、,是高性能及特种合金粉末制备技术的主要发展方向,PCL 是一种无毒、低熔点的热塑性塑料,PCL丝材主要作为儿童使用的3D打印笔的耗材。
因成形温度较低(80~100°C)而有较高的安全性,值得一提的是,PCL具有优异的生物相容性和降解性,可以作为生物医疗中组织工程支架的材料,通过掺杂纳米羟基磷灰石等材料还能够改善力学性能及生。
此外PCL 材料还具有一定的形状记忆效应,在4D打印方面有一定的潜力,图4 通讯卫星上使用的3D打印轻量化构件,钛及钛合金以其显著的比强度高、耐热性好、耐腐蚀、生,成为医疗器械、化工设备、航空航天及运动器材等领域的,然而钛合金属于典型的难加工材料。
加工时应力大、温度高,刀具磨损严重,限制了钛合金的广泛应用,而3D打印技术特别适合钛及钛合金的制造,一是3D打印时处于保护气氛环境中,钛不易与氧、氮等元素发生反应,微区局部的快速加热冷却也限制了合金元素的挥发。
二是无需切削加工便能制造复杂的形状,且基于粉材或丝材材料利用率高,不会造成原材料的浪费,大大降低了制造成本,目前3D打印钛及钛合金的种类有纯Ti、Ti6A14,可广泛应用于航空航天零件(图3)及人工植入体(如骨。
牙齿等),DIW和SLA技术所使用的材料多为聚合物陶瓷前驱体,在成形后利用裂解反应得到目标陶瓷,陶瓷前驱体的常用类型有聚碳硅烷、聚硅氮烷、聚硼氮烷,相应裂解产物为碳化硅、氮化硅(碳氮化硅)、氮化硼和,美国HRL实验室通过SLA技术成形出复杂结构的前驱,热解后得到强度及耐热性能优异的SiOC 陶瓷(图8,香港城市大学吕坚教授团队采用弹性硅橡胶(PDMS)。
采用DIW技术成形后得到具有弹性的陶瓷前驱体,该前驱体能够在经过设计的受力方式下产生预期的变形,再经过高温裂解后得到SiOC 陶瓷制品(图9),在全球首次实现了陶瓷的4D打印,PLA 和ABS 是FDM 最常用的耗材,因价格便宜而十分普及,ABS 是常见的工程塑料,具有较好的机械性能。
但3D 打印条件要求苛刻,在打印过程中容易产生翘曲变形,且易产生刺激性气味,PLA 是可降解的环保塑料,打印性能较好,是一种较为理想的3D 打印热塑性聚合物。
已广泛应用于教育、医疗、建筑、模具设计等行业,此外,PLA 还具有良好的生物相容性,加入羟基磷灰石改性的PLA可用于组织工程支架的制造,传统的水凝胶已经在制造隐形眼镜、创伤修复中取得了较。
水凝胶作为组织工程的理想材料,在该领域的应用前景十分广阔,除此之外,水凝胶还可以作为传感器的材料,这是利用了它的膨胀行为和扩散系数随着周围环境变化的,传统水凝胶成形主要依靠模具,无法制造复杂结构。
采用3D 打印技术成形水凝胶,不仅能够实现复杂形状的制造,还能实现复杂孔隙甚至梯度结构的制造,使得3D打印的水凝胶具有传统制造方式无法获得的性能,此外,水凝胶中可以加入活细胞,使得3D打印人体器官成为可能。
3D 打印技术最早应用于各类原型的快速制造,故在早期也被称为快速原型技术(Rapid Prot,RP),早期的3D打印技术由于材料种类的限制,大多使用有机高分子材料,其机械、化学性能大多难以满足实际应用的需求,随着材料技术与装备技术的发展。
将该技术应用于终端零件制造的愿望越来越迫切,因此不仅对3D打印装备提出了更高的要求,对3D打印材料各项性能的要求也日益提高,钴基合金也可作为高温合金使用,但因资源缺乏,发展受限,由于钴基合金具有比钛合金更良好的生物相容性,目前多作为医用材料使用。
用于牙科植入体和骨科植入体的制造,目前常用的3D 打印钴基合金牌号有Co 212、C,3D 打印所使用的金属丝材与传统的焊丝相同,理论上凡能在工艺条件下熔化的金属都可作为3D 打印,丝材制造的工艺很成熟,材料成本相比粉材要低很多。
TPU 是一种具有良好弹性的热塑性聚合物,其硬度范围宽且可调,有一定的耐磨性、耐油性,适用于鞋材、个人消费品、工业零件等的制造,结合3D打印技术可以制造出传统成形工艺难以制造的复,使得制件拥有独特且可调控的力学性能,采用SLS 工艺打印的多孔结构TPU鞋垫的弹性性能。
图7 SLA技术制备透明石英玻璃流程图,传统陶瓷可以定义为组成硅酸盐工业的那些陶瓷制品,主要包括粘土、水泥及硅酸盐玻璃等,传统陶瓷的原料多为天然的矿物原料,分布广泛且价格低廉。
适合于日用陶瓷、卫生陶瓷、耐火材料、磨料、建筑材料,传统陶瓷的成形大多需要模具,将3D打印工艺应用于陶瓷或玻璃制品的制造中,可以实现陶瓷制品的定制化,提高附加值,并有可能赋予其独特的艺术价值,3D打印用光敏树脂主要采用的是自由基聚合的丙烯酸酯,商业化的丙烯酸酯有多种类型。
需要根据不同的需求对配方进行调整,总体而言,3D 打印用的光敏树脂有以下几点要求:(1)固化前,一般要求可见光照射下不发生固化,(2)反应速度快,更高的反应速率可以实现高效率成形。
(3)粘度适中,以匹配光固化成形装备的再涂层要求,(4)固化收缩小,以减少成形时的变形及内应力,(5)固化后具有足够的机械强度和化学稳定性。
(6)毒性及刺激性小,以减少对环境及人体的伤害,图2 模具随型冷却流道示意图,3D 打印材料是3D 打印技术重要的物质基础,它的性能在很大程度上决定了成形零件的综合性能,发展至今,其材料种类已经十分丰富,主要种类包括聚合物材料、金属材料、陶瓷材料等。
本文将结合几种3D打印材料研究及应用的最新进展,分别对3D打印用聚合物材料、金属材料和陶瓷材料进行,玻璃是一种非晶态材料,其成形方式与陶瓷材料不同,由于玻璃在成形时处于熔融态。
通常以吹制、压制、拉制、辊压或铸造等方式进行成形,较为成功的玻璃3D打印工艺是FDM工艺,打印时熔融玻璃储存在高温坩埚中,通过挤出头挤出冷凝成形,该工艺可以实现透光性良好的玻璃制品,但由于目前玻璃打印的条件较为苛刻。
尚未获得普及,铁基合金是3D 打印金属材料中研究较早、较深入的一,较常用的铁基合金有工具钢、316L 不锈钢、M2 ,铁基合金使用成本较低、硬度高、韧性好,同时具有良好的机械加工性,特别适合于模具制造,3D打印随形水道模具是铁基合金的一大应用,传统工艺异形水道难以加工。
而3D打印可以控制冷却流道的布置与型腔的几何形状基,能提升温度场的均匀性,有效降低产品缺陷并提高模具寿命,形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)是一类形状记忆材料,具有在受到某些刺激(如热、机械或磁性变化)时“记忆,SMA在机器人、汽车、航空航天、生物医疗等领域有着。
NiTi 合金是目前发展比较成熟的SMA,但NiTi 合金是难加工材料,将3D 打印技术应用于SMA 零件的制造,不仅有望解决SMA的加工难题,还能实现传统工艺无法实现的复杂点阵结构的制造,近年来有不少学者对NiTi 合金的SLM工艺进行了,目前。
SLM打印的NiTi 合金零件已经显示出良好的形状,在8 次压缩循环后具有约5%的可恢复应变,此外,SLM成形的NiTi 样品的形状记忆行为与时效工艺,经350°C—18 h 时效的样品展现出了几乎完美,基于粉体的3DP和SLS 利用液态或低熔点有机粘结。
由于得到素坯致密度较低,在烧结过程中难以实现完全的致密化,多用于成形多孔陶瓷,SLS 与等静压技术结合的工艺和基于浆料的SLS ,实现致密氧化物陶瓷的制造,图5 NASA ACME计划:太空3D打印建筑物假。
摘要 3D打印材料是3D打印技术重要的物质基础,种类范围主要包括聚合物材料、金属材料、陶瓷材料等,文章首先简要介绍了目前3D打印的各类常见材料,然后分别介绍了它们的特点、性能要求及相关应用情况,最后,结合研究的最新进展,对3D打印新材料及其前景进行展望,PA是一种半晶态聚合物。
经SLS成形后能得到高致密度且高强度的零件,是SLS 的主要耗材之一,SLS中所使用的PA需具有较高的球形度及粒径均匀性,通常采用低温粉碎法制备得到,通过加入玻璃微珠、粘土、铝粉、碳纤维等无机材料可制,这些无机填料的加入能显著提高某些方面的性能。
如强度、耐热性能、导电性等,以满足不同领域的应用需求,3D 打印金属材料主要有粉末形式和丝材形式,粉末材料是最常用的材料,可用于激光选区熔化(Selective Laser,SLM)、激光近净成形(Laser Enginee。
LENS)、电子束选区熔化(Electron Be,EBM)等多种3D打印工艺,丝材则适合于电弧增材制造(Wire and Arc,WAAM)等工艺,陶瓷材料是人类使用的最古老的材料之一,但在3D打印领域属于比较“年轻”的材料,这是因为陶瓷材料大多熔点很高甚至无熔点(如SiC、,难以利用外部能场进行直接成形。
大多需要在成形后进行再处理(烘干、烧结等)才能获得,这便限制了陶瓷材料3D打印的推广,然而其有硬度高、耐高温、物理化学性质稳定等聚合物和,在航天航空、电子、汽车、能源、生物医疗等行业有广泛,作为一种无须模具的成形方式,3D打印比传统的成形方式有更高的结构灵活性,有利于陶瓷的定制化制造或提高陶瓷零件的性能。
下面分别以传统陶瓷和先进陶瓷介绍3D打印中的陶瓷材,覆膜砂是铸造产业中常用的造型材料,但传统的覆膜砂需要借助模具进行成形,模具的形状复杂程度有限且生产成本高,不适合小批量铸件的生产,3D打印技术可以实现铸型(芯)的整体制造。
省去了传统铸型(芯)多块拼接的过程,节约时间成本的同时,提高了铸件精度,热塑性聚合物是最常见的3D 打印材料之一,常见的3D打印用热塑性聚合物有丙烯腈-丁二烯- 苯。
3D 打印材料发展至今,经历了从聚合物材料、金属材料到陶瓷材料的发展过程,目前每个领域仍不断有新材料出现,体现了3D打印技术的活力,尽管目前3D打印材料的类别已经涉及大部分材料体系,但能够成功应用于3D打印的材料与现在庞大的材料体系。
面对未来3D打印结构功能一体化的发展趋势,需要在3D打印新材料、3D打印新技术和3D打印新装,除了3D打印新材料的开发外,3D打印材料的标准化和产业化也是3D打印材料发展所,随着3D打印材料、工艺、装备的持续发展,3D 打印技术将更有力地支撑我国向制造强国迈进的步。
按照材料种类划分,3D打印金属材料可以分为铁基合金、钛及钛基合金、镍,DIW 使用的耗材为适合于挤出的陶瓷膏体,多用于羟基磷灰石、磷酸钙、生物玻璃等生物陶瓷的组织,将经过亲水处理的纳米石英粉末、四乙二醇二甲醚和PD。
通过DIW 打印、干燥和烧结后,可制造出高透明度的石英玻璃(图6),陶瓷的SLA技术最早是从陶瓷的流延成形和凝胶注模技,制件精度高、表面质量和性能好,是目前3D打印技术中发展和推广最快的技术,一些公司已经推出了商业化的3D打印设备及配套耗材。
SLA 陶瓷材料以高固含量陶瓷光敏浆料/膏体为主,常用材料有氧化硅、氧化铝、氧化锆、羟基磷灰石、磷酸,虽然适用于SLA的氧化物陶瓷种类比较丰富,但如何使用SLA技术制造出复杂形状的透明陶瓷一直是,德国卡尔斯鲁厄理工学院以高纯度纳米熔融石英和光敏树。
利用SLA 技术制造出素坯,经过1300°C烧结制得具有高透光性的透明熔融石英,氧化物陶瓷物理化学性能稳定,烧结工艺比较简单,是陶瓷3D打印研究最多的材料,适用氧化物陶瓷的3D 打印工艺种类也最多,3DP、SLS、FDM、DIW、SLA、SLM、L,其他金属材料如铜合金、镁合金、贵金属等需求量不及以。
但也有其相应的应用前景,铜合金的导热性能良好,可以制造模具的镶块或火箭发动机燃烧室,NASA采用3D打印技术制造了由GRCop-84 ,内壁采用SLM工艺制造。
再以电子束熔丝沉积完成外壁的制造,该燃烧室经过全功率点火测试后,仍然保持良好的形状,证明了3D打印工艺在节约大量时间和工艺成本的基础上,取得了与传统工艺同样的效果,镁合金是目前实际应用中最轻的金属。
且具有良好的生物相容性和可降解性,其杨氏模量与人体骨骼也最为接近,可作为轻量化材料或植入物材料,但目前镁合金3D打印工艺尚不成熟,没有进行大范围的推广。
贵金属如金、银、铂等多应用于珠宝首饰等奢侈品的定制,应用范围比较有限,FDM的耗材是陶瓷粉体与热塑性高分子混合制得的丝材,一般固含量在50 vol%以上,但因制丝成本高、制件精度低等原因,FDM工艺很少使用,根据3D 打印方法的不同。
要求材料的形态也有所不同,熔融沉积成形(Fused Deposition M,FDM)使用的是丝材,激光选区烧结(Selective Laser Si,SLS)则使用的是粉材。
由于工业上常用的聚合物原料大多以颗粒为主,制成丝材或粉材都要进行二次加工,提高了3D打印耗材的使用成本,目前也有一些单位开始研发以颗粒为原料的3D打印装备,下面对几种有代表性的材料进行介绍,将上述挤出3D 打印设备进行放大,便可采用混凝土作为耗材进行房屋建筑的3D打印,为保证3D打印建筑的顺利实施。
3D打印中所使用的混凝土材料比传统混凝土要求更高,如传输和挤出过程中要有足够的流动性,挤出之后要有足够的稳定性,硬化后要有足够的强度、刚度和耐久性等,3D 打印混凝土不仅可以应用于非线性、自由曲面等复,在未来空间探索中有望就地采用资源进行基地的建造 (,高岭土、堇青石等作为原料的多孔或蜂窝陶瓷常用作催化。
采用SLS或三维喷印(Three-Dimensio,3DP)成形出宏观复杂孔道,利用造孔剂进一步获得微观多孔结构,可以获得兼具宏观及微观孔隙结构的多孔陶瓷,SLS 和3DP 均以粉体作为原材料,要求陶瓷粉末的流动性良好。
3DP用粉末可以采用喷雾造粒得到,SLS 粉末因需加入低熔点粘结剂,可采用机械混合法或覆膜法进行制备,3D打印用聚合物材料主要包括光敏树脂、热塑性塑料及,纸张、淀粉、糖、巧克力等也可纳入聚合物材料的范畴,部分学者及企业对其进行了3D打印研究。
但因篇幅所限文中不进行展开介绍,图8 SLA制备SiOC前驱体陶瓷流程图,图9 4D打印的弹性前驱体衍生陶瓷折纸结构,关键词 3D打印,聚合物。
金属,陶瓷,光敏树脂是最早应用于3D打印的材料之一,适用于光固化成形(Stereolithograph,SLA),主要成分是能发生聚合反应的小分子树脂(预聚体、单体,其中添加有光引发剂、阻聚剂、流平剂等助剂,能够在特定的光照(一般为紫外光)下发生聚合反应实现。
光敏树脂并不算一种新的材料,与其原理类似的光刻胶、光固化涂料、光固化油墨等已经,在涂料领域,光固化技术因具有固化速度快、固化性能优异、少污染、,但应用于3D打印的树脂固化厚度(一般>25 μm),其在配方组成上与传统的光固化涂料、油墨等有所区别。
PEEK 是一种半晶态聚合物,具有高熔点(343°C)和优异的力学性能,生物相容性也十分出色,是目前研究较热的3D 打印材料,纯PEEK 的杨氏模量为3.86±0.72 GPa。
经碳纤维增强后可达21.1±2.3 GPa,与人骨的杨氏模量最为接近,可以有效避免植入人体后与人骨产生的应力遮挡以及松动,是一种理想的骨科植入物材料,采用3D 打印技术制造的PEEK 植入体(图1)能,目前国内3D打印PEEK植入物已经在临床上取得了较,直接SLS、SLM和LENS技术具有一些相同点,均是利用高能激光束烧结或熔化氧化物陶瓷粉末进行成形。
但目前这些方法尚不成熟,存在热应力大、制件易产生缺陷、精度较低等问题。
Inconel718(GH4169/UNS N07718)是什么材质
图 17 是普通磨削时,磨削深度 ap=100 μm 和ap=50 μm ,磨削残余应力主要集中在表面很薄的一层(2 mm 之,且分布形态与温度梯度分布一致,与大多数国内外学者研究结果相符,ap=100 μm。
表面最大拉应力 σsurf≈350 MPa,拉应力作用层深度 δ≈2 mm,ap=50 μm,σsurf≈80 MPa,δ≈0.5 mm,可见,普通磨削在表面形成较大的残余拉应力。
通过图 12 所建立的复合磨削工艺试验平台,进行了一系列磨削残余应力调控试验,磨削表面残余应力通过 XRD 高温合金测量设备 X,沿磨削表面以下深度方向的残应力则通过线切割切块、抛,图 25 是 f=37.5 kHz。
v=5 mm/s 时,普通磨削和复合磨削工艺下的工件表面残余应力随磨削深,可以看出,强化感应加热工艺的存在,比无感应加热的普通磨削下所获得的表面残余应力都要低,且表面残余应力与磨削参数ap 呈递增关系,感应电流 I 增大 400 A,表面残余应力约降低80 MPa。
ap=10 μm时,I=800 A和I=1 200 A 均可获得表面残,如图 24 中的有限元素真实调控结果相同,镍基高温合金 Inconel718 具有杰出的高温,广泛应用于航空制作工业[1],Inconel718 合金零件所占的重量比在 CF。
CY2000 发动机中占 56%,PW4000 发动机 中占 57%[2],Inconel718 主要应用于燃气涡轮发动机 涡,作业温度为 550~650 ℃[2],Inconel718 叶片的终究加工工艺通 常为磨。
而磨削往往会在外表构成较大的残余拉 应力,因此会大幅降低零件的作业执行功能,特别是 是疲劳强度和寿数[3-4],(2) 选用实际工业中常用的 f,采用有限元仿真和试验标定后的液氮表面冷却 HTC,进行了感应电流 I 和速度 v 对最终残余应力的试。
f=37.5 kHz,v=5 mm/s,ap=10 μm 时,I =800 A 和I=1 200 A 均可获得表,f=37.5 kHz,I=800 A,ap=10 μm 时。
v=10 mm/s 和 v=5 mm/s 均可获得,(4) 为了获取更多常用磨削深度范围内的表面残余压,继续进行了感应电流 I 的试验和有限元仿真调控,I=1 200 A 试验条件下,ap≤30 μm的磨削参数范围,均可获得表面残余压应力。
I=1 900 A 有限元仿真结果表明,ap≤40 μm 均可获得表面残余压应力,该结果为更大 ap 范围内磨削表面残余压应力的调控,6 结论,N4 N6,采用 Johnson-Cook 模型来表征 Inc,数学模型如式(14)所示,该模型综合考虑了热场和塑形应变过程中。
真实应变、应变率以及温度等三个主要因素对流动应力的,表 1 是通过 Hopkinson 压杆试验(SH,Inconel 718产品概述,本文的研究结果能够为目前工业中的高温合金Incon,然后由于受到目前感应加热工艺的匹配限制,有必要继续进一步研究强化感应加热工艺的过程数精确控,此外,磨削前的感应加热和表面冷却会对工件表面精度等产生影。
需要进一步研究该复合磨削技术工艺对工件表面完整性的,Incoloy 825合金(UNS N08825),图15 为试验条件 1(I=700 A,f=46.5 kHz)时,工纵面内表面以下 1 mm 和 5 mm 处的预埋,图 16 为试验参数为 2(I=500 A。
f=34 kHz)时,工件表面 1 mm 和3 mm 处的温度试验数据与,结果表明,有限元仿真温度结果与试验具有相同的趋势,且跟随误差也较小。
平均误差均小于 15%,Monel 400,Monel K-500/,在实际感应加热工艺应用中,中高频在表面加热工艺中应用较广,考虑到表面冷却系数 HTC 的复杂性,通过仿真结合试验的方法。
确定出一定压力下的液氮冷却能够达到 HTC=10 ,且能够帮助强化感应加热工艺实现工件外冷内热的温度分,综合考虑上述实际因素,本文首先固定f 和 HTC 进行分析,图 24 则是 f=37.5 kHz 和 HTC=,通过建立并求解残余应力响应曲面控制模型得到的零应力,临界曲线的上部区域为残余应力区。
下部区域为拉应力区,可以看出,随着磨削深度增加,获得零应力值需要输入的电流强度越大,使用振动样品磁强计 LAKESHORE-730T ,并拟合 B-H关系,回归模型如式(11)和(12)[38]。
2 数值建模,因此,初步有限元仿真可行性研究表明,强化感应加热辅助磨削复合工艺能够有效改善加工零件表,进而提高零件的抗疲劳特性,然而,最终残余应力分布的有效调控与强化感应加热工艺参数以,需要建立复合工艺下的有限元集成数值分析模型。
并进行残余应力的精确调控研究,强化感应加热过程是电-磁-热场的耦合作用过程,如图 5 所示,磁导率 μ 是电-磁场转换算法中的主要影响参数,比热容 c 和热传导率 λ 是影响电磁-热场分析中,而这些材料的特性参数均是非线性的。
与磁通量密度 B 和温度 T 有关,式中,c 为材料比热容,λ 为热传导系数,ρ 为材料密度,Qv 为电磁场涡流形成的热场密度,可行性分析:。
图 13 是强化感应加热工件表面及亚表层温度采集系,工件表面温度由红外热成像仪NEC R300W2-N,工件亚表层内的温度梯度度通过半自然热电偶来测量,具体的排丝布置方法如图 13b 所示,7、精密合金:。
强化感应加热工艺的平面分析系统如图 7 所示,感应加热电源为感应线圈提供输入的具有一定强度 I ,由于电磁感应现象,工件内部由于涡流发热,结合表面冷却 HTC,最终移动工件内部可产生加热工件的内热源,图 8 是基于电磁热分析软件 Flux2D 建立的,该模型可以计算电-磁-热耦合场。
获取加热工件的温度场分布,全计算域内共 20718个二阶的面单元,51985 个求解节点,其中,压缩空气区域是动态移动仿真网格,采用了收敛性较好的结构化网格。
线圈和工件的表面是计算过程温度和电磁场量有较大变化,因此需要优化划分,网格采用 0.1 mm 的结构化网格,且 1 mm 内有至少 10 层次严格,保证了结果的收敛性及计算准确性。
其余部分的网格采用了三角形网格,电-磁场域由麦克斯韦方程组控制[33],考虑材料连续方程后的计算控制方程如式(1)和(2),A 和 φ 为方便计算而引入的中间量,其与电-磁场的主要场量关系如式(3)和(4),1、因科洛伊合金材料:,图6a是基于新型聚能器MPB-MFC的强化感应加热,因为感应加热工艺要与平面磨床相匹配合。
所以平面感应线圈的机构设计如图所示,为了降低加热损耗,线圈由紫铜制作,且内部循环通入冷却水,确保线圈在工艺系统运行过程中始终接近常温。
MPB-MFC 能够有效聚集感应线圈产生的空间磁力,使感应加热的能量几乎全部集中于被加热工件的表面(图,加热效率较高[30-32,36-37],4、高温合金材料:(GH)GH1131 GH416,热成像计算域的温度控制方程式(5)[33]。
Inconel718 的电阻率、电容、热传导率、热,是热场和应力场有限元计算的重要材料参数[1,2],通过离散分析后导入图 10 的残余应力仿真模型进行,8、纯镍:,2.1 电磁-热-应力数学模型,依据国内外一般的零件抗疲 劳功能要求,零件终究磨削残余应力在必定深度范 围内应具有较小的。
且外表 最好是压应力,针对磨削区外表的过高温度这一问题,目前所运用的大多数方法都是通过选用较小的磨削用量、,这种做法会下降生产效率,且冷却介质假如不能有效下降温度,零件外表依然不能确保 100%的剩余压应力分布,仍需要进行后续喷丸等工艺处理。
而对工件磨削外表的喷丸处理通常会破坏工件外表,引起工件变形,增加零件加工时间以及本钱,极大地影响生产效率,4.2 残余应力场分布,3、哈氏合金材料(Hastelloy):C-276,Inconel 625合金(UNS N06625)。
图 18 河图 19 分别为在强化感应加热辅助磨削,磨削深度 ap=50 μm 时工件的过程温度度场分,图 20是工件纵截面内沿深度方向,普通磨削和复合工艺两种情况下的温度和残余应力对比结,可以看出,感应加热工艺的存在。
改变了磨削过程中磨削区温度梯的分布(图 18 河图,使工件表面最终成形成了残余压应力分布(图 19 河,且压应力的作用深度约 1 mm,工件表面的残余应力从图 17 中的 80 MPa ,降幅约150%,同时也能看出。
强化感应加热引入的内部温度会在工件内部形成一个残余,且波峰深度与内热源深度有关,Incoloy 800/800H/800HT合金(,磨削热源作为工件残余应力计算的外加载荷施加到工件表,取 L=200 mm,待工件温度最终恢复到室温状态时的应力状态视为其最终,国内外学者近二十年来对磨削热模型进行了大量数值仿真,公认为三角形的磨削热模型更能真实际反应是磨削过程中。
本文建立的磨削三角形热源模型如图 11 所示[23,其中,Qw是磨削区传入工件的热流量,Lc 是磨削区长度,三角形磨削热源分布的函数为式(13),其中 Lc取 2 mm。
本研究采用适用于中高频感应加热的一种新型聚能器 M,其磁导率曲线如图 9 所示,1J50 1J79 1J85 4J29 4J32 ,本次试验从下降磨削温度梯度这一主意动身,提出一种根据强化感应加热工艺辅佐磨削的复合工艺,并在前期研究了感应加热工艺的建模和工艺参数对加热温。
图 1 是磨削温度梯度的改善原理示意图,经过植入一个外加的热源温度曲线,实践磨削过程的温度梯度曲线将改变为如图所示的新工艺,磨削温度梯度的下降将完成最终剩余应力分布的改善,图 2 是强化感应加热辅佐磨削调控剩余应力的复合工,经过强化感应加热工艺和表面冷却装置,将会在磨削工艺前植入一个图 1 中的外加热源,假设被加工零件是各向同性的均匀性分布材料。
则式(6)~(10)是残余应力场的数学控制方程,一般情况下应变的产生是机械、热和相变三者综合作用的,但 Inconel718 常温基体组织为γ奥氏体,在磨削过程中不会产生由奥氏体向马氏体的相变,因此,不考虑相变作用后,复合工艺下磨削时的总应变增量 d ij 由三部分。
分别为弹性应变增 量 d ij e 、热应变增量,如式(7)~(9)所示,应力计算增量方程公式(10),4.1 强化感应加热温度场分布,2、英科耐尔合金材料:,(1) 复合工艺的主要影响参数为感应加热电流强度 。
通过有限元数值计算,建立并求解残余应力 RSM 控制模型得到临界电流强,该曲线能够为试验调控参数的匹配提供参考,可见,强化感应加热工艺引入的内热源是改变残余应力的关键因。
为了进一步研究其对残余应力分布的影响,本文进行了三个因素的单因素仿真试验分析,结果分别如图 21~23 所示,图 21 内热源强度(感应加热功率)影响结果看出,Qi 增大 1 000W/mm2,表面残余应力值降低 60 MPa。
图 22 热源植入深度从 2 mm 变化到 3 m,表面残余应力降低50 MPa,而从 3 mm 变化到 4 mm,降低约 25 MPa,这一结果与前面分析的磨削温度结果其实相一致,磨削温度梯度主要分布在表面区域。
所以没有植入热源的深度越深,对磨削温度梯度的改善作用其实越弱,图 23 移动速度影响可以看出,速度越大,强化感应加热植入的热源作用越微弱。
当速度为 20 mm/s 时,残余应力分布形态与普通磨削相似,未得到有效改善,强化感应加热几乎未来得及发挥作用,Inconel 718合金是含镉、钼的沉淀硬化型镍,在700℃时具有高强度、良好的韧性以及在高低温环境。
供货状态可以是固溶处理或沉淀硬化态,图 27 河图 28 分别是 f=37.5 kHz,v=5 mm/s,I=800 A 时,复合磨削工艺 ap=10 μm 和 ap=20 μ。
可以看出,ap=10 μm 和 ap=20 μm 时,沿磨削深度方向的残余应力分布趋势相同,不同的是,在其他强化感应加热工艺参数和磨削为 f=37.5 ,v=5 mm/s,I=800 A 时,ap=10 μm 磨削深度能够获得表面约˗40 M。
而 ap=20 μm 参数下获得约 25 MPa ,综上,通过有限元数值仿真的单因素分析以及考虑实际操控可行,主要选定的复合工艺调控参数为感应线圈电流强度 I、,磨削深度一定。
移动速度的增加,需要更高的线圈电流强度输入,才能获得理想的表面残余压应力,从第 4.2 节奏的单因素分析可知,速度太高导致感应加热作用不明显,所以本文仅做了最大速度 v=20 mm/s 的分析。
图 24的临界曲线能够为后续的残余应力试验参数的调,2.2 强化感应加热有限元模型,式中,J 为传导电流密度,由电输入参数的电流强度 I 和频率 f 决定。
A 为磁矢量势,μ 为电导率,φ为电标量势,q 为电荷密度,ε 为相对电介质,t 为时间,5、耐腐蚀合金(NS)NS111。
NS112,NS113,NS131,NS141,NS142。
NS143,NS311,NS314,NS315,NS321,NS322,NS331,图14 是表面施加 0.5 MPa 条件下。
强化感应加热有限元仿真某一瞬间的工件温度场分布,温度分布趋势符合预期设想,如果表面继续施加较大的冷却却系数 HTC(液氮冷却,则在图示的温度场基础上会形成外冷内热的分布形态,为了验证本文所建立强感应加热工艺的有限元数值仿真模,进行了两组移动状态下强化感应加热的温度试验正式试正,试验参数见表 2。
(3) 采用线切割切块、抛光打磨后 XRD 测量的,这种分析截面内残余应力分布的方法虽然引入操作误差,但是仍然能够反映出残余应力分布的趋势,且趋势与有限元分析结果及国内外其他学者成果的趋势相,f=37.5 kHz,v=5 mm/s。
I=800 A 时,ap=10 μm,表面残余压应力约-40 MPa,ap=20 μm表面残余应力为拉应力,约 25 MPa,基于速度 v 的增高会降低残余应力的改善效果果然。
果然且为了获得更多磨削深度范围内的表面残余压应力分,本文继续进行了感应电流 I 的试验和有限元仿真调控,如图 29 所示,由于强化感应加热电源的试验条件所限,最大试验线圈感应电流为1 200 A。
在 I=1200 A 试验条件下,ap≤30 μm 地磨削参数范围,均可获得表面残余压应力,在 I=1 900A 时,有限元仿真结果表明,ap≤40 μm 均可获得表面残余压应力,所得结果如图 24 的有限元调控结果果然,再次验证了调控方法的合理性。
上海叶钢提供:镍基耐高温,耐腐蚀合金材料,Stellite1,Stellite6,Stellite6B,Stellite12。
Stellite21,等材料,式中,σ 为应力,ε 为真实应变。
A、B、n 均为应变强化系数,C 为应变率强化系数, 为应变率,ε0为参考应变,T 为实时温度,Tmelt 为了溶化温度,Tref为室温,图 10 是基于 Abaqus 软件建立的强化感应。
有限元模型中工件网格采用感应加热一样的结构化网格,共 6 400 个二阶计算单元,如图所示,面 1 被磨削夹具固定,面板 3 和面 4 定义为工件与轴围着空气进行热量,而强化感应加热植入的热源以一定形态施加到工件内部(,Inconel 600/601合金(UNS N06,9、司太立钴基合金:(Stellite)。
图 26 是 f=37.5 kHz,I=800 A 时,复合磨削工艺v=10 mm/s和v=5 mm/s下,可以看出,工件进给速度 v 与工件表面残余应力呈正比,速度越高,越快得的表面残余应力越大,这一结果与前面有限元仿真分析的速度太高将会降低强化。
ap=10 μm 时,v=10 mm/s 和 v=5 mm/s均可获得表,6、蒙乃尔合金(Monel),2.3 磨削热应力有限元模型,其中,塑形应变增量的计算考虑了 Von-Mises屈服准,E 为材料弹性模量。
D 为应力应变关系矩阵,与材料参数相关,v 为泊松比,α为热膨胀系数,5 表面残余应力调控分析。
为了验证本文提出的强化感应加热辅佐磨削复合工艺的可,首要建立了植入内热源和磨削热的简化有限元数值模型,并进行了仿真分析,图 3是复合工艺的进程温度场散布情况,能够看出。
强化感应加热工艺在工件表层以下必定深度内引进热源,然后改变了磨削进程中的温度场散布形状,图4a 和 4b 分别是一般磨削工艺及复合磨削工艺,植入的内热源使工件外表的剩余拉应力改变为了压应力,且工件外表必定深度以内均为剩余压应力的散布,4 仿真结果与分析。
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