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2、Inconel718/N07718/NC19FeNb时效光棒硬度
金属增材制造过程中的缺陷(二)
金属AM加工缺乏稳定性,这是由于其复杂性和对形成性能降低缺陷的易形成特性造,利用X射线计算机断层扫描检测缺陷和通过HIP后处理,尽管如此,金属AM的后处理和检测既昂贵又耗时,限制了AM技术在关键组件上的广泛使用。
因此,从非原位检测技术中产生的缺陷原位检测方法最近被集成,以节省后处理的金钱和时间,2.2 粘结剂烧毁不当,参考资料:,3.3 传感器技术,江苏激光联盟导读:,•应变时效开裂(SAC)。
基于熔合的缺陷仍然是增材制造组件中反复出现的问题,虽然大多数缺陷可以通过无损检测技术检测到,并通过后处理HIP来消除,但在多个加工腔中加工同一种合金仍需达到一致性,根据其尺寸或与部件表面的连接性无法消除的缺陷应予以,因此,了解在每个工艺中形成的缺陷类型,它们的形成机制。
影响它们形成的工艺参数,以及在处理过程中要避免的杂质类型,这有可能提高增材制造处理的稳定性,孔隙在中间和最终烧结阶段开始形成,最初。
孔隙沿三个晶边形成相互连接的通道(图9),随着烧结过程的进行,孔隙通道断开,当二面角超过60°和不均匀收缩时形成孤立的孔隙,Coble提出了图9中所示的两种几何模型——通道孔,粒子之间包围的封闭孔取决于相邻粒子的数量,后处理机械加工可以去除任何有害的特征。
如表面连接的孔隙、由未熔化的粉末或激光痕迹造成的过,另外,表面处理用于获得那些可能在后加工加工过程中被消除或,后处理技术包括振动碗磨损、热切割机加工、光学或手工,大多数情况下,增材制造中的后处理加工从去除支撑材料开始。
在许多情况下,从用于熔合沉积的基板中去除组件,在某些情况下,可使用加压气体喷嘴或可溶性液体冲洗来去除支撑材料,而在其他情况下,需要使用研磨锯或激光微加工系统等工具来去除多余的材。
去除支架后,AM沉积物通常需要使用金属合金专用的铣削或研磨工具,有些材料,特别是钛合金,普遍认为更难加工,由于其导热系数低、化学反应性高,在大多数切削工具中很难加工。
这些特性通常导致刀具寿命缩短和表面光洁度差,在Ts和0.5Ts之间的温度下,铜、铝、镍、钛和奥氏体不锈钢合金的延展性急剧下降时,这种延展性的降低可以基于凝固范围和最小诱导力的知识,虽然杂质对于加工材料来说并不总是理想的,但杂质分离并不表明有任何不利影响,因为边界清理对这种类型的固态裂纹不起作用,事实上。
DDC总是沿晶界迁移的晶间发生,虽然影响DDC的机制已被广泛讨论,但影响DDC在熔融金属中的因素包括大角度晶界、温度,3.1工艺过程后的机械加工/表面处理,第二排:GTA焊接铝合金6082的时候。
采用传热和流体模型进行模拟,得到的熔化区的实际形状和模拟的形状的对比图(右图),表面连接的孔隙度既可以代表一种设计特征,类似于AM骨骼结构的支架,也可以代表先前蒸汽的缺陷,这些缺陷在材料运输过程中以气泡形式重新出现但在关闭,表面孔隙度被认为对于需要与其他材料形成牢固结合的应,如用于医疗植入物的材料。
然而,无法通过HIP后处理去除的不良表面连接孔隙会导致表,图7显示了表面连接孔隙度的一个示例,这是经过DED处理的17-4PH不锈钢的显微照片,在这个17-4PHAM组件中也发现了缺乏融合和气孔,1.7 表面连接孔隙度,AM部件的表面光洁度由应用程序决定,在大多数PBF加工零件中。
对于某些不存在过度摩擦的场合,允许远离关键特征的已建成加工表面,设计公差用于计算需要对零件表面进行机加工或修整的表,一般来说,目前还没有针对AM金属的标准机加工或表面处理程序,其实。
它们取决于材料和应用,3.4 热过程监测方法,2,固态/烧结过程中的缺陷类型,3.6 超声波过程监测方法。
本文为金属增材制造过程中的缺陷方面的综述,本文为第二部分,2,3 缺陷消除策略,• 再加热和焊后热处理(PWHT)开裂,在某些情况下,杂质可以增强机械性能、强度和延展性,然而。
在其他情况下,它们会导致沉积结构的耐腐蚀性和致密度降低,送粉DED、送丝DED和PBF增材制造工艺都能够产,由于过量的不溶元素,如碳、氧、氮、氢和氯。
杂质最常存在于材料的合金元素中,如果在加工前或加工过程中暴露于有害环境,氧等杂质可能与合金元素形成氧化物并污染加工所需的原,由于原料的表面积较大,增加了暴露于污染的可能性。
因此粉末AM可能会出现更高程度的由杂质产生的孔隙,此外,较低的能量输入导致更小的晶粒和更多的晶界,很可能会沿晶界经历更多的杂质成核区域,从而降低耐腐蚀性,4。
当前的知识缺陷,2.1 烧结孔径,固态裂纹源于各种可焊接金属的连续加热和冷却,被确定为五种类型之一:,▲图10 金属压实和孔隙去除步骤的孔隙结构示意图,(1)脱脂过程中形成孔隙(2)粘结剂扩散到内孔/粘,▲图9 Coble提出的两种几何模型:(a)中间阶,HIP消除孔隙的主要机制有四种:塑性流动、幂律蠕变。
总之,所有的机制最终导致一个致密的组件,然而,孔隙消除的速率根据所选机制而不同,塑性流动往往随孔隙效应的变化而变化,其中孔隙率和流动应力呈反比关系,当静压超过材料在HIP温度下的屈服点时,孔隙收缩。
从而允许微观尺度上的局部塑性流动,幂律蠕变机制交替使用原子和空位的扩散和转移,以及从固定位错到固定位错的转移,固定位错可以用来爬过障碍物并穿过晶格,Coble和Nabarro–Herring蠕变机制,因此主要发生在致密化的后期。
表面能是与扩散收缩相关的主要驱动力,原子到孔表面的移动和从孔表面进入主体的空位停止了致,Coble蠕变通过晶界转变原子/空位运动,而Nabarro–Herring蠕变在晶格内扩散原,抗蠕变材料不具备基于后一种机制进行去除孔隙的能力,3.2 热等静压(HIP)后处理。
相比之下,再热裂纹与PWHT和应力消除处理相关,通常用于缓和马氏体结构并降低残余应力,虽然在建成的AM结构中可能不会立即出现再热裂纹,但任何后热处理都可能使零件受到这种情况的影响,由于熔体中含有二次碳化物形成元素(铬、钼、钒)。
低合金钢通常会出现这种类型的裂纹,此外,经历强烈沉淀反应的材料容易发生这种类型的固态裂化,可以通过控制成分、焊接条件、残余应力、应力松弛、应,江苏激光联盟陈长军原创作品,欢迎转发和转载。
转载请注明来源,热技术收集辐照表面的温度分布,以帮助预测可能存在缺陷的熔合程度较低的区域,热无损检测(NDE)技术,包括红外热成像仪和测温仪,已经在PBF和DED室中寻求集成,并收集沉积过程中的温度梯度,红外摄像机为PBF提供了二维表面积的高时空信息。
同时对DED过程的能量测量进行了评估,另外,通过高温测量法收集离散温度测量值,收集的数据点用于评估热剖面的变化,以及DED过程中粉末进料速率和功率的变化,由于两种AM工艺的检测深度有限。
热测量仍然缺乏有价值的内部缺陷和热演化信息,发射率、运动模糊和反射测量的不确定性导致信息变得不,尽管如此,高温测量等热技术已与高速摄像机相结合,以监控建造过程。
可通过监测逐层过程的辐照度来描述整个结构的凝固和热,金属增材制造已经引起了工业和研究人员的注意,他们都在寻求充分利用这种工艺提供的设计机遇和独特的,然而,虽然新的进步带来了更好的性能和复杂的设计特征。
但增材制造工艺的复杂性仍是有待解决的挑战,光学测量设备,如使用电荷耦合器件的高速摄像机,互补的金属氧化物半导体探测器和光学发射光谱仪(OE,这些先前已集成用于监测现场过程。
光学技术通常用于收集关于构建层表面的信息,例如表面粗糙度、堆积区域或未熔化粉末引起的缺陷,这些基于光收集的装置能够监测熔池的演变,尽管其检测能力不能提供建造过程中可能形成的内部几何,可在近红外区域操作的高速摄像机的广泛可用性和廉价性,OES等技术长期以来一直用于了解激光材料加工过程中。
包括测量与焊接缺陷对应的铁、铬和镁蒸汽的激发温度,最近,OES已被应用到增材制造工艺中,用于识别组件内的未熔合缺陷,同时也显示出利用等离子体羽流发射信号识别硬度、表面,光学技术已经成功地在构建过程中捕获了每一层的表面特。
尽管这些方法仍然面临与捕获时间和分辨率相关的图像处,使用光学技术进行原位检测的主要挑战之一是无法实现闭,粘合剂去除最关键的部分是在低温度状态下烧尽低分子量,初始阶段由低浓度的孔隙组成,这对粉末压块提出了挑战,并可能导致严重的损坏,烧毁过程失败的标准是样品内降解产物的蒸气压升至10,随后气泡成核和生长。
此过程中的孔隙源自压块表面,并在脱脂过程中扩散到结构内部(图10,步骤1),粘结剂扩散到内孔/粘结剂界面先于粘结剂蒸发,气体通过孔隙传输到压块表面,然后被氮气处理气流冲走,烧结是一种成熟的热处理工艺,可将金属或陶瓷粉末转化为具有更高机械强度的材料。
但在大多数情况下,会产生残余孔隙,固态烧结的步骤包括固态原子扩散、再结晶和晶粒生长,而传质涉及六种不同的机制,包括表面扩散、蒸发冷凝、晶界扩散、晶格扩散、粘性流,烧结的主要方式是基于相邻颗粒之间形成的冶金键来实现。
冶金结合颗粒之间形成的桥称为颈部(图8),•铜污染开裂(CCC)等,3.7 设计策略,•延展性浸裂(DDC),▲图 12 第一排:模拟的温度场和速度场(材料为铝,一些研究强调了使用各种非接触热、光学和超声技术作为,由于其友好的用户界面、有限的表面粗糙度影响以及收集。
热技术和光学技术比其对应的超声波技术得到了更广泛的,相反,超声波研究将这些视为需要克服的挑战,这些无损评估(NDE)方法(热、光学和超声波)的潜,因此。
继续寻求扩大其增长的机会,▲图8 两个已被烧结并开始形成颈区的粒子的示意图,超声波技术包括接触和非接触方法,通过材料产生脉冲波,机械能被吸收或反射。
然后被接收器检测,并转换成电子信号,检测到的信号包括广泛的地下特征和地面信息(见图11,信号信息的变化可能部分是由于密度和几何结构的差异导,这些差异表明结构部件存在缺陷,以前的超声波研究已经通过建模和经验方法揭示了独特金。
3,缺陷消除策略,在选择性激光烧结中,激光束照射均匀地散布在前一层的每一层的粉末上,并将粉末颗粒融合到密度高(>90%),从而形成组件,由此产生的温度梯度导致表面上的颗粒聚结比底层更快。
因此,几百微米大小的气泡因其大体积和快速的凝固时间而被困,已经开发了几种基于传质和流体动力学的模型来预测气泡,减小颗粒尺径会增加烧结和致密化发生的速度,在金属合金基质中选择快速扩散的合金元素或保护气体也。
第三排及其以下,为模拟的不同条件下的结果,去除粘结剂是粉末金属工业中最关键的步骤之一,缺陷可能是由于脱脂不足而产生的,例如膨胀、起泡、表面开裂和较大的内部空隙,粘结剂烧尽取决于生坯的内部结构,并有导致结构变化的趋势,其中动力学决定了去除过程。
粘结剂的分布受毛细力支配,毛细力取决于熔融粘结剂的物理性质和挥发性产品的去除,用于粘结剂燃烧的常用技术包括热、溶剂和催化,一般而言,热脱脂是一种低效的工艺,因为模具部件的芯部会产生过量的蒸汽压,受过程温度升高的影响。
会导致缺陷的形成,或者,溶剂技术保持低温以最大限度地减少缺陷、变形和脱脂时,通过将粘结剂修改为具有更高熔点的粘合剂,可以改善燃烧动力学,然而,气相传输、液体扩散性和饱和溶解度也应该被认识到。
热等静压后处理是一项长期确立的技术,用于根据热处理过程中发生的传热和相变的特性,对粉末以及铸造、烧结和现在的AM产品进行致密化和固,HIP工艺将高等静压(100至200MPa,或15至29ksi)气体(通常为氩气)施加到致密的。
温度低于固相线,但足以使塑性流动最大化,以增强原子/空位扩散,从而愈合内部孔隙,孔隙最初会随着塑性流动而收缩。
然后通过扩散机制而收缩,HIP技术的目标包括减少空隙、总生产成本、分散性能,当截留气体的平衡压力与外加压力相等时,热机械过程使充满气体的内部孔隙坍塌,理想的孔隙形状为球形,以确保均衡压力布满于整个孔隙区域,然而。
在某些情况下,后续热处理会导致孔隙再生,氩、氮和氦等不溶性气体通常用于金属部件的加工环境,1.5固态裂纹,1.6 杂质,文章来源:M。
C,Brennan,J,S,Keist & T,A。
Palmer,Journal of Materials Engi,Defects in Metal Additive,volume 30,pages 4808–4818 (2021),后两种固态开裂特性,层状开裂和CCC。
尚未在AM工艺中得到广泛探索,然而,这两种裂纹都在热影响区中被观察到,并显示出对机械性能的不利影响,当硫和氧被困在凝固材料中并与其他合金结合时。
层状裂纹主要发生在普通碳钢或低合金钢中,导致金属间杂质,相比之下,CCC是在钢和钴基合金中观察到的液态金属脆化的结果,▲图7 定向能量沉积处理的17-4PH不锈钢表明缺,2.Origin of grain orienta,Acta Materialia。
Volume 115,15 August 2016,Pages 123-131,https://doi.org/10.1016/j,每种固态裂纹之间的偏差由裂纹形成的机制和最先发生的。
金属增材制造参数的开发通常要经过一系列的步骤,以获取新合金对不同工艺参数的响应情况的更多信息,这些参数是基于之前对其他合金实施的一系列条件,虽然在大多数情况下,理想的是产生没有孔隙的结构,但在参数开发阶段,特别是在尝试实现一个新的检测工具时,尝试在构建中创建一致的缺陷形成是很重要的。
以往的原位传感系统研究有不同的过程参数,如扫描间距、粉末流动、热输入、切片策略、计算机辅助,以了解是哪些参数或参数组合影响了缺陷的一致形成,列出的参数有效地改变了相邻扫描道次的重叠率,进入熔池的质量流量。
合金受热的数量和时间,以及结构的内部设计,研究原位传感技术的研究人员通过使用现有的合格的非原,即新技术,然后在原位确定新技术的有效性,从而创建一致的缺陷来验证他们的新技术。
此外,需要多孔结构的应用,特别是金属泡沫或医疗应用所需的应用,必须实现CAD和工艺参数设计,以实现一致的结果。
如果缺陷未被去除,则由PBF和DED处理的AM金属部件中存在的缺陷则,虽然有些应用不需要过多的后处理,但关键应用需要大量的后处理加工、表面处理和HIP后,以消除对沉积状态有害的缺陷。
补偿缺陷形成的另一种方法是设计相应的结构以限制在A,▲图11 SLM制造过程中具有空间分辨率的声探测,粉末处理、原料生产和加工环境应按照必要的化学控制标,在惰性环境中加工或在加工过程中使用保护气体(如氩气,为了实现无缺陷的零件。
建立了一个可降解产品的瞬态扩散和临界加热方程,一些研究已经解释了粘合剂的去除、密度梯度和由此产生,随着孔隙度的增加,粘结剂去除动力学表现出增强的行为,整个粘结剂去除过程由两个竞争过程主导:迁移和蒸发,在去除过程的某些区域,低密度液相变得不连续,熔融粘结剂/空气界面侵入。
在其他情况下,粘结剂蒸发并扩散到低密度区域周围的空气中,而毛细力差继续将粘结剂吸入高密度区域,3.5 光学过程监测方法,另一方面,SAC发生在沉淀强化镍基合金的热影响区(HAZ)的。
同时应用于焊缝金属的局部应变和时效条件引发了这种缺,Inconel718是一种常用于AM修复应用的沉淀,由于钛和铝成分减少导致γ’沉淀速率较慢,因此它具有抗SAC的能力,最小延展性高的材料最容易受到SAC的影响,•层状开裂(分层)。
Inconel718/N07718/NC19FeNb时效光棒硬度
标准,550,0.30,延伸率σ5 /%,0.35。
%,1.15,●液体燃料火箭,AMS 5662 AMS 5663 AMS 566,美国材料与试验协会,Inconel 718/ W.Nr.2.4668/,0.20,●易加工性●在700℃时具有高的抗拉强度、疲劳强度。
21,Inconel 718特性及应用领域概述: Inc,650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位,上海冶韩并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀,以及良好的加工性能、焊接性能良好。
能够制造各种形状复杂的零部件,在宇航、核能、石油工业及挤压模具中,在上述温度范围内获得了极为广泛的应用,*小,线膨胀系数 a/10-6℃-1,55,硅 Si,4.75。
●核工程 Inconel 718相近牌号:GH41,管材,美国航空航天材料技术规范,Inconel 718力学性能:(在20℃检测机械,锰 Mn,热处理方式,AMS 5832。
3.3,ASTM B670 ASTM B906,*大,AMS 5589 AMS 5590,ASTM B637。
镍 Ni,AMS 5662 AMS 5663 AMS 566,固溶处理,比热容 J/kg•℃,0.35,冶韩合金 牌号,钛 Ti。
铝 Al,电阻率 μΩ•m,屈服强度σp0.2/MPa,●汽轮机,11.8(20~100℃),具有以下特性。
热导率 λ/(W/m•℃),ASTM B637,铜 Cu,剪切模量 GPa,泊松比,棒材。
2.8,1.15,弹性模量 GPa,布氏硬度 HBS,435,抗拉强度σb/MPa,板(带)材。
添加图片注释,不超过 140 字(可选),铁 Fe,30,美国机械工程师协会,碳 C,丝材。
钼 Mo,50,0.80,ASME SB637,0.08,1260 1320,199,9。
5.50,Inconel 718生产执行标准:,8.24,Inconel 718 金相组织结构:该合金标准热,合金中的铌偏析程度与治金工艺直接有关,2、为避免钢锭中的元素偏析过重,采用的钢锭直径不大于508mm,3、经均匀化处理的合金具有良好的热加工性能。
钢锭的开坯加热温度不得超过1120℃,4、该合金的晶粒度平均尺寸与锻件的变形程度、终锻温,5、合金具有满意的焊接性能,可用氩弧焊、电子束焊、缝焊、点焊等方法进行焊接,6、合金不同的固溶处理和时效处理工艺会得到不同的材,由于γ”相的扩散速率较低。
所以通过长时间的时效处理能使Inconel 718,锻件,Inconel 718,●低温工程,0.3,77,2,密度 g/cm3。
AMS 5596 AMS 5597,17,钴 Co,0.65,ASME SB637,铌 Nb。
余量,应用领域:由于在700℃时具有高温强度和优秀的耐腐,可广泛应用于各种高要求的场合,●酸性环境,14.7(100℃),0.015,硫 S。
熔点 ℃,Inconel718物理性能:,1.0,铬 Cr,965,≥363。
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