Титан Ti-64 для 3D-печати металла
Оглавление
Титан ti-64 для 3d-печати металла, сокращенно Ti-64, является титановым сплавом аэрокосмического класса, широко используемым для критических применений аддитивного производства в аэрокосмической, медицинской, автомобильной и общей технике. В данном руководстве представлен технический обзор порошковой металлургии Ti-64, включая состав, данные о механических свойствах, подробности AM-обработки, последующей обработки, области применения, анализ затрат, спецификации продукции и сравнение с другими марками титана.
Обзор титана ti-64 для 3d-печати металла
Титановый сплав Ti-6Al-4V (Grade 5) обеспечивает оптимальный баланс прочности, вязкости разрушения и коррозионной стойкости в сочетании с доказанной биосовместимостью, что делает его самым распространенным материалом для критически важных металлических компонентов 3D-печати в различных отраслях промышленности.
По мере того как АМ переходит от создания прототипов к серийному производству готовых к полетам аэрокосмических компонентов и имплантатов для пациентов, Ti-64 стал эталонным порошком, с которым сравнивают новые материалы.
Он предлагает:
- Отличное соотношение прочности и массы
- Высокая твердость и вязкость разрушения до 550 МПа
- Пластичность для сложных геометрических форм
- Биосовместимость и нетоксичность
- Проверенная родословная, насчитывающая десятилетия
- Доступная цепочка поставок и экономическая эффективность
Продолжайте читать, чтобы получить подробную техническую информацию о методах порошковой металлургии для изготовления 3D-печатных деталей из титана Ti-64.
![Титан Ti-64 для 3D-печати Металл 1 Титан ti-64 для 3d-печати металла](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/09/Niobium-Powder.jpg)
Состав и конструкция сплава
Титановый сплав Ti-64 состоит преимущественно из титана с добавками алюминия и ванадия:
Элемент | Вес % | Роль |
---|---|---|
Титан (Ti) | Баланс, ~90% | Коррозионная стойкость, биосовместимость |
Алюминий (Al) | 5.5-6.75% | Упрочнитель твердых растворов |
Ванадий (V) | 3.5-4.5% | Фазовый стабилизатор |
Железо (Fe) | <0,3% | Загрязнитель |
Кислород (O) | <0,2% | Загрязнитель |
Содержание таких микроэлементов, как углерод, азот и водород, сведено к минимуму, поскольку они ухудшают механические свойства. Концентрация железа и кислорода также поддерживается на низком уровне.
Алюминий стабилизирует альфа-фазу, а ванадий при соответствующей термической обработке образует укрепляющие бета-преципитаты. Такое двухфазное борирование обеспечивает превосходные эксплуатационные характеристики.
Основные свойства Ti-64
- Прочность на разрыв: 880 МПа
- Прочность на разрыв: 950 МПа
- Удлинение: 14%
- Твердость: 350 Бринелль
- Предел усталости: 500 МПа
- Вязкость разрушения: 75 МПа√м
- Прочность на сдвиг: 690 МПа
- Модуль Юнга: 115 ГПа
- Плотность 4,43 г/куб. см
- Температура плавления: 1604°C
Эти свойства сильно зависят от правильной термообработки, о которой речь пойдет ниже. Значения также немного различаются между процессами AM с подачей проволоки и порошковым слоем, что требует корректировки параметров.
Титан ti-64 для 3d-печати металла Производство
Медицинские и аэрокосмические приложения требуют жесткого контроля для достижения бездефектного изготовления, поэтому производство порошков соответствует строгим спецификациям:
Шаги | Подробности |
---|---|
Литье в чугун | Слиток, отлитый методом тройной дуговой плавки, с жестким контролем химического состава |
Переплавка | Дополнительная очистка VAR или ESR для критически важных применений |
Газовая атомизация | Взрывная волна инертного газа аргона под высоким давлением образует мелкие капли |
Просеивание | Несколько ступеней классификации в соответствии со стандартами распределения частиц по размерам (PSD) |
Кондиционирование | Высыхание, смешивание, добавки к потоку |
Окончательное тестирование | PSD, скорость потока Холла, химические анализы, SEM-изображения |
Упаковка | Влагонепроницаемые баллоны или бутылки с аргоновым наполнителем |
Основные характеристики:
- Сферическая морфология частиц с небольшим количеством спутников
- Текучий порошок без комков и налета
- Контролируемая полоса PSD с распределением в диапазоне от 15 до 45 микрон
- Химические составы, соответствующие стандартам ASTM F2924 и F3001
- Последовательные партии с данными о повторяемости при больших объемах производства
- Документирование прослеживаемости исходных отливок слитков
Такой строгий контроль производства обеспечивает надежные бездефектные отпечатки после подтвержденных настроек параметров машины.
Применение титана ti-64 для 3d-печати металла
Биосовместимость сплава и высокое соотношение прочности и веса позволяют использовать его во многих критических областях:
Аэрокосмическая промышленность
- Конструктивные кронштейны, переборки и детали шасси
- Лопатки и рабочие колеса турбин
- Компоненты интерьера самолетов
Медицина и стоматология
- Ортопедические имплантаты, такие как коленные, тазобедренные суставы и спинные кейджи
- Зубные абатменты и мосты
- Хирургические инструменты, требующие стерилизации
Автомобильная промышленность
- Облегченные поршни, шатун
- Компоненты роскошных и гоночных автомобилей, включая клапаны
Химическая обработка
- Коррозионностойкие детали для работы с жидкостями, такие как трубы, клапаны
- Фильтры и корпуса, соответствующие требованиям пищевой/фармацевтической промышленности
3D-печать Ti-64 также находит все большее применение в таких дорогостоящих отраслях, как робототехника, спортивные товары и терморегулирование электроники, используя свободу проектирования.
Далее мы углубимся в популярные технологии порошкового наплавления, используемые для обработки порошка этого универсального сплава для производства критически важных готовых деталей.
3D-печать по металлу с использованием порошка титана Ti-64
Как лазерная, так и электронно-лучевая технологии порошкового слоя послойно сплавляют Ti-64 с полной плотностью на рабочей пластине:
Лазерное порошковое напыление (L-PBF)
- Селективное лазерное плавление (SLM) и прямое лазерное спекание металлов (DMLS)
- Сфокусированные волоконные лазеры высокой мощности Yb или Nd:YAG
- Инертная аргоновая атмосфера с уровнем кислорода менее 500 ppm
- Оптический мониторинг талых бассейнов в режиме реального времени
Электронно-лучевой порошковый синтез (E-PBF)
- Мощный пучок электронов от 60 до 150 кВ в вакууме
- Скорость сканирования сверхбыстрым лучом более 25 000 мм/с
- Высокая производительность при работе с мелкими деталями
- Глубокое проникновение легче сваривает титан
Для больших деталей методы направленного осаждения энергии (DED) позволяют добавлять материал поверх базовых структур. Несколько подходов AM позволяют оптимизировать механические свойства и качество обработки поверхности.
Преимущества
- Сложные геометрические формы, не поддающиеся литью или механической обработке
- Сокращение времени изготовления и снижение затрат по сравнению с субтрактивными этапами
- Минимальные потери материалов и соотношение между покупкой и полетом, превышающее 90%
- Последовательные результаты при длительном строительстве после настройки
- Свобода дизайна позволяет повысить производительность
Однако для того, чтобы воспользоваться этими преимуществами, необходима тщательная предварительная и последующая обработка.
Этапы предварительной и последующей обработки
Достижение бездефектных сборок предполагает использование интегрированных протоколов:
Предварительная обработка
- Тестовые матрицы для оптимизации параметров на специализированных машинах
- Контроль состояния порошка и повторное использование коэффициентов смешивания
- Первоначальная термообработка для обеспечения однородных характеристик частиц
- Тщательное размещение и ориентация деталей на сборочной плите
Постобработка
- Снятие деталей с пластины с помощью проволочно-вырезного станка / ленточной пилы
- Широкие возможности последующей обработки и доводки
- Горячее изостатическое прессование (HIP) для устранения внутренних пустот
- Растворение, старение и стабилизирующая термообработка
- Окончательное тестирование для обеспечения качества
Такой комплексный контроль обработки позволяет использовать весь потенциал аддитивного производства с использованием Ti-64, не полагаясь только на принтеры.
Технические характеристики
Партии сплава Ti-64 для медицинских или аэрокосмических целей требуют сертификации:
Параметр | Типовые значения |
---|---|
Химия по программе AMS 4928 | Таблица выше |
Распределение частиц по размерам | D10 20 мкм, D50 35 мкм, D90 50 мкм |
Морфология | Преимущественно сферические + спутники |
Кажущаяся плотность | 2,7 - 3,2 г/куб. см |
Плотность отвода | 3,2 - 4,0 г/куб. см |
Расход | 30 - 35 секунд для 50 г, воронка Холла |
Анализ кислорода на поверхности | < 2000 ppm |
Примеси | Fe < 3000 ppm, H < 100 ppm |
Возможно просеивание на более узкие полосы, но это увеличивает стоимость. Соответствие параметров машины AM клиента и утвержденные проверки качества обеспечивают повторяемость характеристик при выполнении всех производственных заданий.
Титан ti-64 для 3d-печати металла Анализ доступности и стоимости
Аэрокосмическая марка Ti-6Al-4V имеет более высокую стоимость по сравнению со стандартными марками титана благодаря специализированной плавке, строгому контролю качества и разработке формы порошка:
Продукт | Количество | Диапазон цен |
---|---|---|
Порошок Ti-64 R&D | 0,5 кг | $500+ |
Порошок для прототипирования Ti-64 | 10 кг | $150+ за кг |
Порошок для производства Ti-64 | 1000+ кг | $50+ за кг |
Стоимость остается на более высоком уровне, но продолжает улучшаться по мере того, как в AM увеличивается использование сплава Ti-64, что позволяет оптимизировать производство с учетом масштаба. Небольшие образцы для исследований и разработок теперь можно приобрести без MOQ, но для производства требуется прогноз заказа.
Сравнение Ti-64 с другими титановыми сплавами
Хотя Ti-64 получил самое широкое распространение, другие марки теперь соперничают с ним в качестве альтернативных вариантов AM:
Сплав | Прочность | Пластичность | Устойчивость к окислению | Стоимость |
---|---|---|---|---|
Ti-64 (Ti-6Al-4V) | Очень высокий | Средний | Средний | $$$ |
Ti-5553 (Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr) | Очень высокий | Средний | Лучше | $$$ |
Ti-1023 (Ti-10V-2Fe-3Al) | Высокая | Выше | Хороший | $$ |
Ti-48Al-2Cr-2Nb (Ti4822) | Средний | Хрупкое | Лучшее | $$$$ |
Основные преимущества традиционного Ti-64:
- Проверенные материалы за 30 с лишним лет
- Более гладкие поверхности при сборке в AM
- Установленные протоколы термообработки
- Данные о допусках для проектной квалификации
- Легкодоступные и конкурентоспособные поставки
Ограничения Ti-64:
- Не самый высокопрочный титан
- Восприимчивость к термическому окислению без контроля
- Требуется интенсивное горячее изостатическое прессование (HIP)
Таким образом, каждый из описанных компромиссов помогает выбрать оптимальные марки в соответствии с требованиями приложения.
![Титан Ti-64 для 3D-печати металла 8 Титан ti-64 для 3d-печати металла](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/10/AlSi50.jpg)
Резюме
Аддитивное производство предоставляет инженерам беспрецедентные возможности для разработки высокоэффективных компонентов из титана Ti-64, не имеющих аналогов в традиционных технологиях. Сочетая новые цифровые возможности с обширными данными о материалах, проверенными за 30 с лишним лет применения в аэрокосмической промышленности и медицине, инженеры могут создавать новые инновационные геометрии, напечатанные в 3D, используя преимущества Ti-64, и снижая риск квалификации. Однако для полного раскрытия потенциала этого универсального высокопрочного сплава по-прежнему необходим тщательный контроль при изготовлении порошка, хранении, обработке металлов методом AM и последующей обработке.
Поделиться
Facebook
Twitter
LinkedIn
WhatsApp
Электронная почта
MET3DP Technology Co., LTD - ведущий поставщик решений для аддитивного производства со штаб-квартирой в Циндао, Китай. Наша компания специализируется на производстве оборудования для 3D-печати и высокопроизводительных металлических порошков для промышленного применения.
Сделайте запрос, чтобы получить лучшую цену и индивидуальное решение для вашего бизнеса!
Похожие статьи
О компании Met3DP
Воспроизвести видео
Последние обновления
Наш продукт
CONTACT US
Есть вопросы? Отправьте нам сообщение прямо сейчас! После получения Вашего сообщения мы всей командой выполним Ваш запрос.
Получите информацию о Metal3DP
Брошюра о продукции
Получить последние продукты и прайс-лист
![металлический 3dp логотип малый](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/09/metal-3dp-logo-small.png)
Металлические порошки для 3D-печати и аддитивного производства
КОМПАНИЯ
ПРОДУКТ
ИНФОРМАЦИЯ О КОНТАКТЕ
- Город Циндао, Шаньдун, Китай
- [email protected]
- [email protected]
- +86 19116340731