Quy trình in SLM của hợp kim titan Ti6Al4V: Từ đặc tính vật liệu đến phương pháp chế tạo các chi tiết hiệu năng cao

Giới thiệu: Tầm quan trọng của hợp kim titan Ti6Al4V

Hợp kim titan Ti6Al4V (TC4) là một trong những vật liệu được ứng dụng rộng rãi nhất, với độ bền cao, khối lượng riêng thấp, khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và tính tương thích sinh học. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, Ti6Al4V được dùng để chế tạo các chi tiết động cơ, kết cấu và chi tiết siết chặt; trong lĩnh vực y tế, được dùng để chế tạo implant và dụng cụ phẫu thuật. Công nghệ SLM (nung chảy laser chọn lọc) có thể tạo ra các cấu trúc phức tạp mà quy trình truyền thống khó thực hiện, đồng thời hiện thực hóa thiết kế tích hợp nhẹ hóa và hiệu năng cao.

I. Đặc tính vật liệu Ti6Al4V

1.1 Tính chất vật lý

Khối lượng riêng 4,43 g/cm³, nhiệt độ nóng chảy 1650-1670℃, hệ số dẫn nhiệt 6,7-7,2 W/(m·K), hệ số giãn nở tuyến tính 8,6×10⁻⁶/K, mô đun đàn hồi 110-115 GPa.

1.2 Tính chất cơ học (trạng thái rèn)

Độ bền kéo 900-1100 MPa, giới hạn chảy 830-920 MPa, độ giãn dài 10-15%, độ cứng 30-36 HRC, độ bền mỏi 510-620 MPa.

II. Yêu cầu về đặc tính bột

Phân bố kích thước hạt 15-45μm, độ cầu hóa >90%, tính lưu động góc nghỉ 50%, hàm lượng oxy 99,5%, độ nhám bề mặt Ra 5-15μm (trạng thái in). Độ bền kéo ở trạng thái in 1100-1250MPa, độ giãn dài 5-8%; sau xử lý nhiệt, độ bền kéo 950-1050MPa, độ giãn dài 10-15%.

VI. Các ví dụ ứng dụng thực tế

Giá đỡ động cơ hàng không: thiết kế tối ưu topo giúp giảm 35% khối lượng, độ bền kéo 1050 MPa, độ bền mỏi 600 MPa. Implant y tế: bề mặt xốp có độ rỗng 60%, kích thước lỗ 300-500μm, khả năng xương phát triển vào tốt. Cấu trúc giá đỡ vệ tinh: kết cấu điền đầy dạng mạng tinh thể giúp giảm 50% khối lượng, độ cứng đáp ứng yêu cầu.

Kết luận

In SLM hợp kim titan Ti6Al4V đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ chất lượng bột, thông số quy trình và chế độ xử lý nhiệt. Thông qua tối ưu hóa quy trình hợp lý và kiểm soát chất lượng, có thể chế tạo các chi tiết kết cấu phức tạp với hiệu năng vượt trội.