Progrès de l'EBM formant l'alliage de titane TC4

Tout d'abord, le modèle 3D de la pièce est découpé et superposé selon une certaine épaisseur via le logiciel Magicsl9.0 pour obtenir les informations 2D globales de la pièce. Ensuite, le système EBM répartit uniformément la poudre d'alliage sur une certaine épaisseur sur le substrat et utilise le faisceau d'électrons formé par le courant traversant le fil de tungstène comme source de chaleur. Sous l'action de la bobine de focalisation et de la bobine de déviation électromagnétique, la poudre d'alliage présente sur le substrat est traitée. Scannez la fonte. Chaque fois que le faisceau d'électrons balaie et fait fondre une couche, l'établi descend d'une hauteur de couche, puis la poudre s'étale à nouveau. Le faisceau électronique balaie et fait fondre le processus à plusieurs reprises, et chaque couche traitée se condense en un tout. L'ensemble du processus de fabrication est effectué dans un environnement sous vide, évitant ainsi la possibilité d'oxydation de l'alliage de titane pendant le traitement. Une fois la fabrication terminée, le système EBM sort les pièces de la chambre de fabrication et les place dans le système de récupération de poudre. De l'air à haute pression est utilisé dans le PRS pour éliminer la poudre adhérant à la surface des pièces, et obtient finalement des pièces moulées à surface lisse.

Les principaux paramètres de la technologie EBM comprennent le courant du faisceau d'électrons, la tension d'accélération, la vitesse de balayage, l'épaisseur de la couche, l'espacement des lignes de balayage et la compensation de focalisation. En ajustant ces paramètres, différentes densités d'énergie peuvent être obtenues, comme par exemple augmenter le courant du faisceau électronique ou réduire la vitesse de balayage. Une densité énergétique plus élevée peut être obtenue. La densité énergétique affecte grandement la microstructure, les défauts et les propriétés mécaniques des pièces moulées. Une densité d'énergie appropriée donnera à l'alliage de meilleures propriétés mécaniques. En raison du processus de formage unique de la technologie EBM, la microstructure et les propriétés mécaniques des pièces formées en alliage de titane TC4 formées par EBM sont différentes de celles des pièces formées en alliage de titane TC4 fabriquées de manière conventionnelle (telles que le forgeage).

2.1 Microstructure et facteurs d'influence de l'alliage de titane TC4 formé par EBM

Le changement de température de l’alliage de titane TC4 formé par EBM pendant le processus de formage affecte sa microstructure. Tout d'abord, la poudre fond sous l'action du faisceau d'électrons et la température de l'alliage liquide atteint environ 1 700 degrés, ce qui est beaucoup plus élevé que la température de transition de phase de l'alliage de titane TC4 (995 degrés). A cette époque, l'alliage liquide est composé de grains originaux ; puis, à mesure que le faisceau d'électrons s'éloigne, l'alliage liquide refroidit rapidement jusqu'à la température de construction (généralement 650-700 degré) pour rester stable et devenir solide. A ce moment, l'alliage subit → + , et la phase en forme d'aiguille et la phase en forme de colonne précipitent. A1-Bermani et coll. Je pense que lorsque la vitesse de refroidissement est supérieure à 410 degrés/s à ce stade, la martensite métastable précipitera, qui se décomposera en une structure en couches + après avoir été exposée à un environnement à haute température pendant une longue période, et la majeure partie sera Fines lattes en forme d'aiguilles, avec une petite portion de phase. Ensuite, l'alliage de titane TC4 formé est lentement refroidi de la température de construction à la température ambiante, et la microstructure de l'alliage ne change pas de manière significative et est toujours composée de phases +. La microstructure de l'alliage de titane TC4 formé par EBM et de l'alliage de titane TC4 formé par forgeage est illustrée à la figure 2.

Des chercheurs nationaux et étrangers ont effectué de nombreuses recherches sur la microstructure des alliages de titane TC4 formés par EBM et ont découvert que des facteurs tels que les paramètres du processus de moulage, la position des pièces moulées et la taille des pièces moulées affecteront la vitesse de refroidissement de l'alliage pendant le processus de moulage, affectant ainsi sa granulométrie. Hrabé et coll. a constaté que, dans les conditions garantissant que l'apport d'énergie peut fondre complètement la poudre d'alliage de titane TC4 pour former des pièces denses, une augmentation appropriée de la vitesse de balayage du faisceau électronique entraînera une diminution de la taille du bain fondu, une augmentation de la vitesse de refroidissement, et ainsi des particules plus fines seront précipitées. latte et phase bêta. Murr et coll. et Wang et al. ont découvert que la microstructure de l'alliage de titane TC4 formé par EBM est différente à différents endroits. Comme le montre la figure 3, la position avec une hauteur de dépôt inférieure a une vitesse de refroidissement plus élevée car elle est plus proche du substrat de moulage. Il s'agit d'une zone de croissance instable et susceptible de précipiter une fine phase en forme d'aiguille ; la position avec une hauteur de dépôt plus élevée a une vitesse de refroidissement plus élevée. Plus la latte est épaisse, plus les grains sont gros ; après avoir été déposé à une certaine hauteur, il se trouve dans une zone de croissance stable et la taille des lattes et des grains a tendance à être stable. Wang et coll. a également étudié l'effet de la taille des pièces moulées sur la microstructure de l'alliage de titane TC4 formé par EBM et a découvert que pendant le processus de fusion et de solidification couche par couche, les échantillons plus petits avaient une vitesse de refroidissement plus élevée, précipitant ainsi des phases plus fines. Galarraga et coll. a étudié plus en détail et a découvert que les changements dans la microstructure de l'alliage de titane TC4 moulé par EBM sont liés au temps de séjour dans la chambre de fabrication. Si le temps de séjour est trop long, la hauteur de dépôt au bas de la hauteur de dépôt sera plus faible et la microstructure sera plus grossière. résultat. ​

2.2 Défauts de l'alliage de titane TC4 moulé par EBM

En raison d'une mauvaise sélection des paramètres du processus ou d'interférences dans le processus, les pièces en alliage de titane TC4 formées par EBM peuvent produire divers défauts. Zhai et coll. a découvert qu'il existe deux défauts typiques dans la microstructure de l'alliage de titane TC4 moulé par EBM : l'un est le pore provoqué par l'argon gazeux entraîné dans la poudre défectueuse ; l'autre est le pore provoqué par une mauvaise fusion de la poudre d'alliage.

Gong et coll. ont classé les défauts de l'alliage de titane TC4 en deux catégories principales en fonction de la densité d'énergie du faisceau d'électrons d'entrée. Lorsque la densité énergétique est trop faible, il ne suffit pas de relier complètement les bains de fusion aux bains de fusion et entre les couches, formant des défauts de fusion irréguliers accompagnés d'une certaine quantité de pores. Lorsque la densité énergétique est trop élevée, la chaleur locale augmente rapidement. Lorsque la poudre fond, elle se sphéroïdise sous l'action de la tension superficielle (la conductivité thermique de la poudre est faible), formant ainsi des pores. Kahnert et coll. a constaté que si l'apport d'énergie est trop élevé, non seulement la qualité de surface des pièces moulées se détériorera, mais dans les cas graves, la machine cible du système de revêtement en poudre cessera de fonctionner, de sorte que le processus de fabrication lui-même devra être arrêté. De plus, lorsque le courant du faisceau d’électrons dépasse un certain seuil, la poudre d’alliage est emportée par le vent, laissant des pores irréguliers dans la couche. Dans les cas graves, l'ensemble du lit de poudre s'effondrera, comme le montre la figure 5 ; Préparation du lit de poudre La chaleur est utilisée pour améliorer son adhérence, vaincre la poussée du faisceau d'électrons sur la poudre d'alliage et éviter l'effondrement de la poudre. Les défauts auront un impact négatif sur les propriétés mécaniques de l’alliage de titane C4. Les paramètres du processus EBM doivent être optimisés, tels que le contrôle de la vitesse de balayage, l'ajustement de l'espacement des lignes de balayage et l'optimisation du courant du faisceau d'électrons, afin de réduire l'apparition de défauts.

3.1 Propriétés en traction de l'alliage de titane TC4 formé par EBM

Bruno et coll. a étudié les propriétés de traction de l'alliage de titane TC4 formé par formage et forgeage EBM. Étant donné que l'alliage de titane TC4 formé par EBM est sujet à des défauts de pores pendant le processus de formage et que sa microstructure est inégalement répartie, ce qui entraîne sa résistance à la traction, les limites d'élasticité les plus élevées sont respectivement de 996 MPa et 919 MPa, qui sont légèrement inférieures à la résistance du titane TC4 forgé. alliage (la résistance à la traction et la limite d'élasticité sont respectivement de 1034 MPa et 991 MPa) ; Wang et coll. a également étudié les propriétés de traction de l'alliage de titane TC4 formé par EBM. Il a été constaté que sa résistance à la traction est de 1 002 MPa, sa limite d'élasticité est de 932 MPa et son allongement est de 14,4 %. Tous les indicateurs de performance sont supérieurs à ceux des pièces forgées en alliage de titane TC4 après traitement de recuit et de vieillissement.

Il existe une anisotropie significative dans les propriétés mécaniques de l’alliage de titane TC4 formé par EBM. Bruno et coll. et Hrabe et al. ont constaté que la résistance à la traction des échantillons moulés EBM dans la direction horizontale était plus forte que celle dans la direction verticale, tandis que l'allongement dans la direction horizontale des échantillons moulés était inférieur à l'allongement dans la direction verticale. Ceci est dû aux grains B inégaux à l’intérieur de l’alliage : l’échantillon moulé se développe principalement dans le sens vertical ; la formation de grains primaires plus petits dans la direction horizontale réduit l'accumulation de contraintes aux joints de grains, retardant ainsi l'initiation des fissures et rendant leur allongement légèrement plus important.

Hrabé et coll. a constaté que l'augmentation de la vitesse de balayage du faisceau électronique (liée négativement à la densité d'énergie) réduirait légèrement l'épaisseur de la plaque (1,16 μm → 0,95 un), augmentant ainsi la résistance à la traction, la limite d'élasticité et la microdureté de 2 % respectivement. , 3% et 2%.

Formanoir et coll. a maintenu l'alliage de titane TC4 formé par EBM à 950 degrés pendant 60 minutes et à 1 040 degrés pendant 30 minutes respectivement, en utilisant deux méthodes de refroidissement : le refroidissement par eau et le refroidissement par air. La résistance à la traction et la limite d'élasticité de l'alliage ont été légèrement réduites et l'allongement n'a pas été amélioré de manière significative. Cela montre que seul le contrôle des paramètres clés du formage EBM est un moyen efficace d’améliorer les propriétés de l’alliage.

3.2 Propriétés en fatigue de l'alliage de titane TC4 formé par EBM

Chan et coll. testé la durée de vie en fatigue (nombre de cycles) de l'alliage de titane TC4 formé par EBM et de l'alliage de titane TC4 laminé sous l'action d'une contrainte de flexion alternée de 600 MPa (± 10 %). Les résultats montrent que la durée de vie en fatigue de l'alliage de titane TC4 formé par EBM ne représente que 17 % de la durée de vie en fatigue de l'alliage laminé ; la fracture de l'alliage de titane TC4 formé par EBM est répartie avec des pores de différentes formes en raison de mauvaises zones de fusion, et sa rugosité de surface est également très éloignée. Plus élevé que l'alliage de titane TC4 laminé, ce qui est une raison importante de sa faible durée de vie en fatigue.

Tammas-Williams et coll. a découvert que le traitement de pressage isostatique à chaud peut éliminer efficacement la plupart des pores de l'alliage de titane TC4 formé par EBM, mais s'il y a des trous de tunnel dans l'échantillon et sont connectés à la surface, le gaz argon à haute pression sous traitement HIP pénétrera dans les tunnels. . Dans les pores, ces défauts tunnel se dilatent légèrement, provoquant l’échec du traitement HIP ; ajouter un revêtement à l'échantillon avant que HIP puisse éliminer les défauts du tunnel. Shui et coll. ont constaté qu'après le traitement HIP de l'alliage de titane TC4 formé par EBM, bien que les lattes soient devenues plus épaisses, la densité de dislocation a diminué et la résistance à la traction et la limite d'élasticité ont diminué de 870 MPa et 788 MPa à 819 MPa et 711 MPa respectivement, le traitement HIP a rendu la structure plus uniforme, la densité relative de l'alliage a augmenté de 99,3 % à 99,8 %, réduisant les sources d'initiation de fissures, augmentant ainsi la résistance à la fatigue de 460 boa à 580 MPa.