Le post-traitement-endommagera-t-il la structure interne ?

一, Principe technique : le principal problème du traitement machine post-
L'objectif principal du post-traitement est d'améliorer la qualité de surface, la précision dimensionnelle ou les qualités mécaniques des pièces par la découpe, le polissage, le traitement thermique et d'autres méthodes. Les objets traités sont généralement des pièces fabriquées selon des procédures telles que la fabrication additive (FA), le moulage ou le forgeage. La structure interne de ces pièces peut contenir les caractéristiques suivantes :
Défauts microscopiques, tels que la porosité, l'absence de zone de fusion (LOF) dans les pièces fabriquées par fabrication additive, ou encore le rétrécissement de la porosité et les fissures dans les pièces moulées.
La contrainte résiduelle est une tension qui s'accumule à l'intérieur d'un objet en raison d'un changement de température ou de phase. L'objet peut alors se plier ou se briser après son traitement.
Les matériaux dégradés et la structure de grain non-uniforme sont des exemples d'organisation inégale qui peuvent modifier la façon dont les matériaux sont retirés pendant le traitement.
Les interventions en post-traitement peuvent modifier ces structures internes par des pressions mécaniques, des impacts thermiques ou des réactions chimiques, entraînant une dégradation des performances ou une augmentation des risques de défaillance.
2, L'effet et l'étude de cas des procédures typiques
1. Découpe mécanique : lâcher prise et activation des défauts
Lorsqu'un outil et une pièce entrent en contact direct lors d'une découpe mécanique (comme le fraisage et le tournage), de la matière est enlevée. Cela peut produire les changements suivants dans la structure interne de la pièce :
Redistribution des contraintes résiduelles : Les efforts de coupe peuvent affecter l'état de contrainte de surface de la pièce et potentiellement provoquer la formation de microfissures internes. Une compagnie aéronautique, par exemple, a observé que la contrainte résiduelle des pales en alliage de titane fabriquées par fabrication additive passait de -150MPa à +80MPa après fraisage. Cela a réduit leur durée de vie en fatigue de 30 %.
Propagation des défauts : les vibrations de coupe peuvent provoquer la transformation de petits trous ou de zones de fusion incomplète à l'intérieur du matériau en de grandes fissures. Des études indiquent qu'après le fraisage grossier, la porosité des composants en alliage d'aluminium produits par fusion sur lit de poudre au laser (LPBF) augmente de 0,5 % à 1,2 %, tandis que la ténacité diminue de 25 %.
Répondre:
Utilisez un usinage d'ultra-précision (comme le tournage diamant à une seule-pointe) pour réduire la force de coupe. Effectuez un traitement thermique (comme un recuit de détente) avant de couper pour égaliser les contraintes internes. Optimisez la trajectoire de l'outil pour rester à l'écart des endroits où les vibrations ont tendance à s'accumuler.
2. Traitement thermique : évolution de l'organisation et stabilité des dimensions
La modification de l'état de phase des matériaux par traitement thermique (telle que la trempe, le revenu et le pressage isostatique à chaud) peut améliorer les performances, mais elle peut également entraîner :
Déformation produite par transformation de phase : L'augmentation de volume qui se produit lors de la transformation martensitique peut provoquer un changement de forme des pièces. Après cémentation et trempe, l'erreur de profil de dent d'un engrenage de véhicule spécifique, par exemple, est passée de ± 0,02 mm à ± 0,05 mm.
Porosité induite thermiquement (TIP) : Après un pressage isostatique à chaud (HIP), des pores de gaz inerte peuvent se développer à nouveau dans les pièces fabriquées à l'aide d'additifs. Des études indiquent qu'après-HIP, si la durée de recuit de l'alliage Ti-6Al-4V dépasse 4 heures, la porosité peut augmenter de 0,3 %.
Répondre:
Utiliser une trempe graduelle ou une trempe isotherme pour garder un œil sur le rythme du changement de phase ;
Pour arrêter le TIP,-ajustez les paramètres du processus HIP (tels que la température, la pression et la durée).
Les contraintes sont évacuées grâce au processus « usinage grossier → traitement thermique → usinage de précision », qui combine traitement thermique et usinage.
3. Renforcement de la surface : contraintes résiduelles de compression et performances en fatigue
Les techniques qui renforcent les surfaces, telles que le grenaillage et le laminage, ajoutent une contrainte de compression résiduelle, ce qui augmente la durée de vie en fatigue. Cependant, ces techniques peuvent également provoquer :
Dommages à la surface : Un grenaillage trop important peut provoquer des microfissures ou un affinement du grain de surface. Par exemple, après le grenaillage, la rugosité de la surface d'un arbre de moteur d'avion spécifique est passée de Ra1,6 μm à Ra0,4 μm, tandis que la profondeur de la source de fracture par fatigue a augmenté de 0,1 mm.
Déséquilibre du gradient de contrainte : lorsque la couche de contrainte de compression résiduelle et la contrainte matricielle ne correspondent pas, cela peut provoquer un délaminage. Des études indiquent que les composants en alliage d'aluminium soumis au choc laser (LSP) sont susceptibles de présenter des microfissures à l'interface lorsque la profondeur de contrainte de compression résiduelle dépasse 0,5 mm.
Répondre:
Contrôler l'intensité du grenaillage (par exemple en mesurant la couverture d'une éprouvette Almen) ; utiliser des procédures de renforcement des composites (par exemple, grenaillage et laminage) pour équilibrer les gradients de contraintes ; et utiliser la simulation numérique pour trouver les meilleurs paramètres de processus.
3, Gestion des risques : de la conception de la procédure jusqu'à son suivi en ligne
L'industrie doit mettre en place un système de contrôle des processus approfondi pour limiter les dommages causés par le post-traitement à la structure interne.
Au cours de la phase de conception du processus, choisissez une combinaison de processus de post-traitement qui correspond aux besoins en matière de matériaux, de structure et de performances des pièces. Par exemple, le polissage HIP+électrolytique est meilleur que le polissage mécanique direct pour les articles fabriqués par fabrication additive.
Utilisez l'analyse par éléments finis (FEA) pour déterminer comment les contraintes se propageront et comment les objets changeront de forme lors de leur usinage. Une certaine entreprise a utilisé la simulation pour améliorer les paramètres de fraisage, ce qui a réduit la déformation d'usinage des pièces en alliage de titane de 0,15 mm à 0,03 mm.
Étape d'exécution du traitement :
Utiliser des outils de surveillance intelligents tels que des capteurs d'émission acoustique et de force de coupe pour donner-des informations en temps réel sur le déroulement de l'usinage. Par exemple, un certain fabricant de machines-outils a inventé le « système de coupe adaptative », qui peut modifier l'avance à la volée pour éviter trop de vibrations.
Utilisez un contrôle en boucle fermée-et modifiez les paramètres du processus en fonction des données de détection en ligne. Si une entreprise aéronautique utilise un interféromètre laser pour mesurer la rugosité d'une surface, puis ajuste automatiquement la pression de polissage.
Étape du contrôle qualité :
Utilisez des méthodes de tests non destructifs (CND) telles que la tomodensitométrie à rayons X et les tests par ultrasons pour détecter les problèmes à l'intérieur de l'objet. Des études révèlent que la tomodensitométrie industrielle peut détecter des pores d'une largeur de 0,02 mm avec une précision de 98 %.
Mettez en place une chaîne de traitement des données de test et utilisez l'apprentissage automatique pour deviner combien de temps durera une pièce. Par exemple, une entreprise donnée peut utiliser des données antérieures pour former un modèle capable d'anticiper la probabilité de défaillance des engrenages par fatigue six mois à l'avance.