Pengoptimuman Proses SLM Aloi Suhu Tinggi Berasaskan Nikel Inconel 718: Laluan Pembuatan Aditif untuk Komponen Bahagian Panas Enjin Aero

Pengenalan: Mengapa Komponen Bahagian Panas Memerlukan Pembuatan Aditif

Komponen bahagian panas enjin aero beroperasi pada suhu tinggi, mempunyai profil yang kompleks, jumlah pengeluaran kecil dan keperluan penghantaran yang mendesak. Dalam proses tradisional, kadar penggunaan bahan daripada bilet tempa kepada produk siap hanya sekitar 15% hingga 20%, menyebabkan sejumlah besar aloi mahal dipotong menjadi serpihan. Inconel 718 mempunyai kekuatan luluh yang tinggi dan pengerasan kerja yang ketara, menyebabkan alat pemesinan cepat haus serta masa kerja bagi setiap komponen menjadi tinggi. SLM (peleburan laser terpilih) meningkatkan kadar penggunaan bahan kepada lebih 60% melalui peleburan lapisan demi lapisan, serta mampu membentuk saluran penyejukan mengikut kontur dan struktur ringan secara bersepadu. Oleh itu, ia merupakan laluan ideal untuk pengurangan berat dan pembangunan pantas komponen bahagian panas.

1. Ciri Serbuk Merupakan Punca Asas Proses

Inconel 718 sangat sensitif terhadap kandungan oksigen. Disarankan menggunakan serbuk sfera hasil pengabutan gas, dengan taburan saiz zarah 15 hingga 53 mikrometer, kandungan oksigen dikawal di bawah 300 ppm, dan kebolehaliran (kadar aliran Hall) lebih baik daripada 18 saat bagi setiap 50 gram. Nisbah niobium, molibdenum dan titanium dalam serbuk secara langsung mempengaruhi pemendakan fasa Laves; apabila pengasingan niobium melebihi ambang tertentu, eutektik bertakat lebur rendah mudah terbentuk di sempadan butiran dan menjadi punca retakan panas. Sebelum dimasukkan ke dalam mesin, serbuk perlu diayak (ayak 53 mikrometer disyorkan), diuji kandungan lembapan dan ketumpatan pukal longgar, serta disediakan sampel metalografi simpanan.

2. Pertimbangan Parameter dalam Tetingkap Proses Laser

Komponen bahagian panas yang menanggung beban lazimnya menggunakan gabungan kuasa laser 250 hingga 400 watt, saiz titik 80 hingga 120 mikrometer, kelajuan imbasan 800 hingga 1200 milimeter sesaat, dan ketebalan lapisan 30 hingga 50 mikrometer. Ketumpatan tenaga isipadu disarankan dikawal pada 55 hingga 75 joule setiap milimeter padu: tenaga terlalu rendah menyebabkan kegagalan peleburan dan peningkatan keliangan; tenaga terlalu tinggi pula menyebabkan pembakaran berlebihan, kehilangan unsur dan percikan yang lebih serius. Strategi imbasan yang disyorkan ialah putaran antara lapisan 67 hingga 73 darjah bersama pembahagian kawasan corak papan dam, bagi mengurangkan pengumpulan haba sehala. Prapemanasan plat asas kepada 80 hingga 120 darjah Celsius dapat menekan pembentukan retakan dengan ketara.

3. Kawalan Kejuruteraan Retakan Panas dan Tegasan Sisa

Inconel 718 mudah memendakkan fasa Laves di sepanjang sempadan butiran pada peringkat akhir pemejalan, disertai mikroretakan, terutamanya di bahagian bucu dan kawasan perubahan mendadak antara bahagian tebal dan nipis. Dari sudut kejuruteraan, terdapat tiga kaedah utama untuk menanganinya: pertama, meningkatkan kelajuan imbasan dan menurunkan tenaga lapisan bagi mengecilkan kecerunan haba kolam lebur; kedua, menggunakan prapemanasan bergradien pada plat asas dan penyejukan perlahan bagi komponen bersaiz besar; ketiga, menjalankan rawatan haba pelarutan pepejal (980 hingga 1020 darjah Celsius) diikuti penuaan dua peringkat (720 dan 620 darjah Celsius) selepas pembentukan, supaya fasa Laves melarut semula, fasa penguat memendak secara seragam, dan lebih 80% tegasan sisa dilepaskan. Pemisahan melalui pemotongan wayar selepas pengurangan tegasan adalah lebih stabil berbanding pelindapkejutan secara langsung.

4. Pascapemprosesan dan Kestabilan Dimensi

Penyingkiran sokongan sebaiknya dilakukan menggunakan pemotongan wayar atau EDM, bagi mengelakkan impak mekanikal yang boleh memperkenalkan mikroretakan. Permukaan dirawat dengan semburan pasir diikuti penggilapan untuk mengawal Ra dalam lingkungan 3.2 mikrometer; kecacatan dalaman diperiksa menggunakan CT industri (resolusi tidak melebihi 20 mikrometer) dan pensampelan metalografi, dengan syarat keliangan isipadu kurang daripada 0.5% dan diameter lubang kecacatan maksimum kurang daripada 200 mikrometer. Bagi saluran yang menanggung beban, pemeriksaan penembusan pendarfluor dan ujian kebocoran tekanan juga diperlukan.

5. Pengesahan Kualiti daripada Sampel kepada Pemasangan pada Enjin

Komponen bahagian panas mesti disahkan melalui matriks sifat mekanikal: kekuatan tegangan, kekuatan luluh dan pemanjangan pada suhu bilik serta 650 darjah Celsius, di samping kekuatan ketahanan selama 100 jam pada 650 darjah Celsius; mikrostruktur pula perlu memenuhi keperluan penguatan dua fasa. Bagi komponen kritikal, pengesahan artikel pertama dan keupayaan proses (CPK tidak kurang daripada 1.33) perlu dilaksanakan, serta rantaian kebolehkesanan lengkap bagi kelompok serbuk, parameter proses, imej CT dan keputusan mekanikal perlu diwujudkan sebelum ia boleh memasuki pengesahan pemasangan enjin berskala kecil.

Kesimpulan

SLM bagi Inconel 718 bukan sekadar mencairkan serbuk, tetapi merupakan satu kejuruteraan sistem daripada kawalan kualiti serbuk, tetingkap parameter, rawatan haba pelepasan tegasan hingga pengesahan pemasangan pada enjin. Hanya dengan menguasai dua teras utama, iaitu fasa Laves dan tegasan sisa, pembuatan aditif untuk komponen bahagian panas enjin aero dapat digerakkan daripada sekadar boleh dicetak kepada benar-benar yakin untuk dipasang pada enjin.