SLM-printproces van titaniumlegering Ti6Al4V: van materiaaleigenschappen tot productiemethoden voor hoogwaardige onderdelen

Inleiding: het belang van titaniumlegering Ti6Al4V

Titaniumlegering Ti6Al4V (TC4) is een van de meest toegepaste materialen en heeft een hoge sterkte, lage dichtheid, uitstekende corrosiebestendigheid en biocompatibiliteit. In de lucht- en ruimtevaart wordt Ti6Al4V gebruikt voor de productie van motoronderdelen, structurele delen en bevestigingsmiddelen; in de medische sector wordt het gebruikt voor implantaten en chirurgische instrumenten. SLM-technologie (Selective Laser Melting) kan complexe structuren vervaardigen die met traditionele processen moeilijk te realiseren zijn, en maakt geïntegreerd lichtgewicht en hoogwaardig ontwerp mogelijk.

I. Materiaaleigenschappen van Ti6Al4V

1.1 Fysische eigenschappen

Dichtheid 4,43 g/cm³, smeltpunt 1650-1670℃, thermische geleidbaarheid 6,7-7,2 W/(m·K), lineaire uitzettingscoëfficiënt 8,6×10⁻⁶/K, elasticiteitsmodulus 110-115 GPa.

1.2 Mechanische eigenschappen (gesmede toestand)

Treksterkte 900-1100 MPa, vloeigrens 830-920 MPa, rek 10-15%, hardheid 30-36 HRC, vermoeiingssterkte 510-620 MPa.

II. Vereisten voor poedereigenschappen

Deeltjesgrootteverdeling 15-45μm, bolvormigheid >90%, vloeiendheid: rusthoek <30°, losgestorte dichtheid >50%, zuurstofgehalte <0,15%.

III. Procesparameters voor SLM-printen

3.1 Laserparameters

• Laservermogen: 200-300W
• Scansnelheid: 800-1200mm/s
• Scanafstand: 0,08-0,12mm
• Laagdikte: 0,03-0,04mm

Aanbevolen energiedichtheid: 50-80 J/mm³

IV. Warmtebehandelingsprocedure

4.1 Spanningsarm gloeien

Temperatuur 600-650℃, tijd 2-4 uur, afkoelen in de oven of aan de lucht. Vereiste apparatuur: vacuümoven of oven met argonbescherming.

4.2 Oplossingsbehandeling en veroudering

Oplossingstemperatuur 900-950℃, oplossingstijd 1-2 uur, afschrikken in water of olie. Verouderingstemperatuur 540-600℃, verouderingstijd 4-6 uur, afkoelen aan de lucht.

V. Beheersing van mechanische eigenschappen

Doel-dichtheid >99,5%, oppervlakteruwheid Ra 5-15μm (geprinte toestand). Treksterkte in geprinte toestand 1100-1250MPa, rek 5-8%; na warmtebehandeling treksterkte 950-1050MPa, rek 10-15%.

VI. Praktische toepassingsvoorbeelden

Beugel voor vliegtuigmotor: topologie-geoptimaliseerd ontwerp vermindert het gewicht met 35%, treksterkte 1050 MPa, vermoeiingssterkte 600 MPa. Medisch implantaat: poreus oppervlak met porositeit van 60%, poriediameter 300-500μm, goede botingroei. Satellietbeugelstructuur: roosteropbouw vermindert het gewicht met 50%, stijfheid voldoet aan de eisen.

Conclusie

Bij het SLM-printen van titaniumlegering Ti6Al4V moeten de poederkwaliteit, procesparameters en warmtebehandelingsprocedure strikt worden gecontroleerd. Door middel van passende procesoptimalisatie en kwaliteitscontrole kunnen complexe onderdelen met uitstekende prestaties worden vervaardigd.