Ti-6Al-4V titaniumlegering: fundamentele kenmerken
Aluminium 5,5–6,75%, vanadium 3,5–4,5% en sporenelementen zoals ijzer, koolstof, stikstof, zuurstof en waterstof vormen de belangrijkste chemische componenten van Ti-6Al-4V titaniumlegering. De dichtheid is 4,44 g/cm³; het bereik van de smelttemperatuur is 1630-1650 graden. Met bereiken van respectievelijk 825–895 MPa en 895–1180 MPa vertoont deze titaniumlegering een goede rek (10–15%) en krimp in de dwarsdoorsnede (25–35%). De treksterkte en vloeigrens zijn uitstekend.
De slechte warmtegeleiding van de Ti-6Al-4V-titaniumlegering, de sterke chemische activiteit en de sterke harding door het werk, wat een lage snijsnelheid en een korte standtijd oplevert, zorgen ervoor dat de bewerkingsproblemen van deze legering zeer aanzienlijk zijn. Warmtebehandelingstechnieken, waaronder uitgloeien, oplossingsbehandeling en verouderingsbehandeling, kunnen niettemin helpen de mechanische eigenschappen ervan te maximaliseren. Bovendien is de legering geschikt voor toepassing in de maritieme en chemische sector en vertoont ze een grote corrosieweerstand onder veeleisende omstandigheden, waaronder oxiderende, reducerende, sterke zuren en sterke alkaliën.
Toepassing van ruimtevaartmetaal 3D-printtechnologie
Als geavanceerde additieve productietechniek kan de 3D-printtechnologie voor metaal het geïntegreerd vormen van ingewikkeld gevormde componenten in de lucht- en ruimtevaartindustrie mogelijk maken, waardoor de productieprecisie en -kwaliteit worden verbeterd. Dankzij de uitstekende toepassing van de Ti-6Al-4V-titaniumlegering is dit een van de meest onderzochte materialen voor 3D-printen met metaal geworden.
Lucht- en ruimtevaartapparatuur, waaronder de conische schaal van de elektrische cabine, de cilindrische schaal van de elektrische bedieningscabine van de raket en de staartschaal, vertoont gecompliceerde vormen en verspreide structuren, waaronder uitsteeksels, ribben, ramen, enz. Terwijl 3D-printtechnologie gemakkelijk geïntegreerd gieten van Deze ingewikkelde structuren en garanderen de nauwkeurigheid en kwaliteit van de onderdelen, traditionele productietechnieken zijn een uitdaging om te verwezenlijken. Platinum Technology Company produceerde bijvoorbeeld deze schaalcomponenten voor de raketten uit de "txi"-serie, die voldoen aan de criteria, een sterke algemene vervormingscontrole, stabiele afmetingen en mechanische eigenschappen, en mechanische integriteit hebben.
Motorcomponenten: Met name voor belangrijke componenten zoals brandstofinjectoren, turbopompen en verbrandingskamers, die ingewikkelde structuren hebben en strenge eisen stellen aan materiaalprestaties en productienauwkeurigheid, vereist de productie van raketmotoren zeer hoge technische criteria. Het geïntegreerd vormen van ingewikkelde constructies is mogelijk met behulp van 3D-printtechnologie, waardoor de betrouwbaarheid en prestaties van de motor worden verbeterd.
Structurele componenten van vleugels: Hoewel ze ingewikkelde constructies hebben, moeten vliegtuigvleugels grote sterkte en weinig gewicht hebben. Complexe interne structuren, waaronder vleugelbalken en ribben, kunnen worden geproduceerd via metalen 3D-printtechnologie voor vleugelcomponenten. Het verminderen van het gewicht door middel van een structureel ontwerp helpt om tegelijkertijd de sterkte en stijfheid van de vleugels te verbeteren.
bladen voor motoren: De vijandige werkomgeving van vliegtuigmotoren vereist een grote temperatuurbestendigheid en slijtvastheid van materialen. Motorbladen met unieke vormen en interne structuren, inclusief bladen met koelkanalen, die de koeleffectiviteit van de bladen kunnen vergroten en hun levensduur kunnen verlengen, kunnen worden geproduceerd door middel van 3D-printtechnologie van metaal.
Problemen en oplossingen voor 3D-printen van Ti-6Al-4V-metaal van titaniumlegering
Ti-6Al-4V-titaanlegering levert nog steeds bepaalde problemen op, ook al heeft deze verschillende voordelen voor het 3D-printen van metaal. Typische Ti-6Al-4V-additief geproduceerde componenten hebben anisotrope trekeigenschappen met grove kolomvormige Prior-korrels. Het vergroten van de trekeigenschappen van gelijkassige korrels is dus een belangrijk studieonderwerp geworden.
Voor het verfijnen van de Prior-korrels van Ti-6Al-4V-componenten tijdens lasergerichte energiedepositie (LDED) heeft de Koreaanse Academie van Wetenschappen en Techniek een gepulseerde laserondersteunde additieve productietechniek (PLAAM) voorgesteld. Door gebruik te maken van lasergeproduceerde schokgolven, cavitatieverschijnselen en versnelde Marangoni-stroom om fijne gelijkassige Prior-grain-structuren te genereren, omvat deze methode pulslasers van nanoseconden met LDED-systemen om hoge pulsenergie aan het smeltbad te leveren, waardoor een gunstige omgeving wordt gecreëerd. Met 3,78 keer de hoeveelheid Prior-korrels per oppervlakte-eenheid vergeleken met conventionele additieve productiemonsters, heeft onderzoek aangetoond dat PLAAM-monsters fijnere en meer gelijkassige Prior-korrels vertonen over de gehele constructiehoogte van 30 mm.
Optimalisatie van componenten voor additieve productie en prestatiebeoordeling
Door additieven geproduceerde componenten moeten voldoen aan de eisen van de lucht- en ruimtevaartindustrie als ze in de sector willen worden gebruikt. In samenwerking met Rolls Royce heeft een onderzoeksteam van de Nanyang Technological University in Singapore de prestaties beoordeeld van Ti-6Al-4V-monsters die zijn geproduceerd en vervaardigd met behulp van additieve productie met laserpoederbedsmelten (L-PBF). Studies hebben aangetoond dat gegenereerde Ti-6Al-4V-monsters gemaakt door L-PBF additive manufacturing behandeld met een luchtvaartproductiemethode (MoM) een betere levensduur hebben tegen vermoeidheid dan geproduceerde monsters via fabricage. Afgezien daarvan verhoogt de vibratiepolijsttechniek de gladheid van het oppervlak en de levensduur tegen vermoeiing, terwijl de voordelige restdrukspanning van het kogelstralen behouden blijft.
Uit het onderzoek blijkt ook dat het polijsten van oppervlakken de levensduur van machinaal bewerkte en gestraalde componenten met 50% kan verlengen. Het verlengen van de levensduur van componenten en het voorkomen van defecten zijn sterk afhankelijk van oppervlaktebehandelingsmethoden, waaronder kogelstralen en trilpolijsten. Kogelstralen introduceert drukspanning door plastische vervorming van materialen te veroorzaken en de oppervlakte- en ondergrondse korrelstructuren te verbeteren, waardoor de vermoeiingsprestaties worden verbeterd. Shotpeening kan echter variaties en overmatige oppervlakteruwheid veroorzaken; de noodzakelijke oppervlakteruwheid vereist dus een laatste fijne polijstbeurt. Trillingspolijsten is een batchpolijsttechniek waarbij materiaal in een gereguleerd tempo gelijkmatig van het oppervlak wordt verwijderd en gladde texturen genereert, waardoor de oppervlakteruwheid wordt verlaagd terwijl de drukspanning en korrelverfijning zowel op het oppervlak als daaronder behouden blijven.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printed-tablet-stand.html