2019-12-11
3D打印零件中的强度注意事项
每种材料的加工或制造方法都会对材料结构产生影响,并因此影响所加工材料的性能。

增材制造(AM)冶金学具有其自己独特的一组处理-结构-性能关系。加工会影响材料的微观结构,例如晶粒或晶体的尺寸,形状和方向,这将改变金属合金的机械性能。材料特性和结构也会改变加工特性。

例如,某些合金添加剂会使合金太脆而无法进行轧制,锻造或其他锻造加工。铸造,粉末金属和添加工艺可能是生产某些高合金材料的唯一方法。合金的化学性质或组成也可以改变。例如,钛合金会吸收氧气,这会增强钛的强度。但是,如果氧气含量过高,钛合金将变脆并破裂。粉末金属还容易受到氧气和氮气的污染,具体取决于金属合金。NASA的研究人员发现,镍超合金中氮含量的增加导致AM零件中的晶粒尺寸增大。

与使用激光熔化(LM)粉末床和直接能量沉积(DED)粉末或送丝的工艺相比,粉末床电子束熔化(EBM)工艺趋于产生较低的残余应力水平和较少的裂纹,这很可能是由于冷却缓慢和熔炼所致。原位老化。DED粉末或送丝的AM工艺可用于沉积多种材料,这可以使零件具有更坚硬的芯和耐磨的表面层。

磨损,模具,模具或工具表面可以通过DED流程进行重建或修复。大多数采用熔化的工艺会快速固化金属沉积物,从而减少元素偏析并有助于形成精炼或独特的微观结构。但是,快速冷却会导致气体滞留,分层,保留不良的亚稳相并增加残余应力水平。粘合剂的喷射沉积物不容易分层,但是建成的“绿色”零件可能很脆弱,并且在烧结或烧制之前具有高孔隙率。


残余应力和裂纹是3D打印金属零件制造中的主要问题。铸造,焊接,冷成型和机械加工过程会产生残余应力,有时会导致部件破裂。残余拉伸应力会导致翘曲或变形,并降低疲劳强度。可以对零件进行应力消除热处理以去除残余应力,但是在此过程中可能会发生零件变形和开裂。机械喷丸,激光喷丸和超声波喷丸可以在零件中产生残余的压缩表面应力,从而增强疲劳性能。

高的残余拉伸应力会导致零件破裂。在增材制造过程中,随着熔化和固化步骤的发生,可能会发生偏析,液化和收缩。发生液化是因为合金中较低熔点的成分首先固化,然后在固化过程中分离出来。重新加热后,这些液化区域通常在焊池外部的部分熔融区(PMZ)中会引起液化裂纹。

从液体到固体体积收缩的收缩通常会在焊缝或铸件的中心引起凝固裂纹。在基于焊接或等离子弧的添加工艺中,更热和更大的熔池加热形式会产生液化和凝固裂纹。