3D baskı Aerospace türbine bileşenleri için Nikel In625 Metal Tozu

1. Giriş

Nikel bazlı süper alaşımlar, özellikle Inconel 625 (In625), olağanüstü yüksek sıcaklık dayanıklılığı, korozyon direnci ve yorgunluk direnci nedeniyle havacılık uygulamalarında yaygın olarak kullanılır.Ekleyici Üretim (AM), veya 3 boyutlu baskı, daha az malzeme atığı ve daha iyi tasarım esnekliği ile karmaşık havacılık türbini bileşenlerinin üretilmesini sağlar.

Bu ayrıntılı açıklama, In625 metal tozunun özelliklerini, 3 boyutlu baskı işlemlerini, son işlemleri ve havacılık türbini uygulamalarını kapsar.

2. Inconel 625 (In625) Metal Toz Özellikleri

In625, aşağıdaki temel özelliklere sahip bir nikel-krom-molibden süper alaşımıdır:

Kimyasal bileşim (ASTM B443)

Mekanik ve Termal Özellikler

• Çekim dayanıklılığı: 930 MPa (oda sıcaklığında)

• Güç: 517 MPa

• Uzunluk: %42,5

• yoğunluk: 8.44 g/cm3

• Erime Noktası: 1290 - 1350°C

• Oksidasyon Direnci: 980°C'ye kadar mükemmel

• Korozyona Direnci: Çukurlara, yarık korozyona ve tuzlu su ortamlarına dayanıklı

3B baskı için toz özellikleri

• Parçacık boyutu dağılımı: 15 - 45 μm (LPBF için) veya 45 - 106 μm (DED için)

• Morfoloji: Küresel (optimal akış için)

• Toz üretim yöntemi: Gaz atomlaşması (Argon veya Azot)

• Akış: ≤ 25 s/50g (Hall Akışölçer testi)

• Görünen yoğunluk: ≥ 4,5 g/cm3

3. Havacılık ve Uzay Türbinleri için 3D Baskı Süreçleri

In625 için en yaygın metal 3D baskı yöntemleri şunlardır:

A. Lazer Toz Yatak Füzyonu (LPBF / SLM)

• Süreç: Yüksek güçlü bir lazer, In625 tozu katman katman eritir.

• Avantajları:

  • Yüksek hassasiyet (± 0,05 mm)

  • İnce yüzey finişi (Ra 5 - 15 μm)

  • Türbin kanatlarında karmaşık iç soğutma kanalları için uygundur

• Tipik parametreler:

  • Lazer Gücü: 200 - 400 W

  • Katman kalınlığı: 20 - 50 μm

  • Tarama hızı: 800 - 1200 mm/s

  • Yapım Hızı: 5 - 20 cm3/h

B. Yönlendirilmiş Enerji Depozisyonu (DED / LENS)

• Süreç: Bir lazer veya elektron ışını, In625 tozu yatırılırken erir.

• Avantajları:

  • Daha yüksek çökme oranları (50 - 200 cm3/h)

  • Büyük türbin bileşenleri ve onarımları için uygundur

• Tipik parametreler:

  • Lazer Gücü: 500-2000 W

  • Toz besleme hızı: 5 - 20 g/min

C. Elektron ışını erime (EBM)

• Süreç: In625 tozu erimesi için vakumda bir elektron ışını kullanılır.

• Avantajları:

  • Düşük geri kalan stres (yüksek ön ısıtma sıcaklığı nedeniyle)

  • LPBF'den daha hızlı inşa oranları

• Tipik parametreler:

  • Çizgi akımı: 5 - 50 mA

  • Hızlandırma Voltajı: 60 kV

  • Katman kalınlığı: 50 - 100 μm

4. Havacılık ve uzay türbini bileşenleri için son işleme

Sıkı havacılık gereksinimlerini karşılamak için, son işlem gerekli:

A. Sıcak işlem

• Stres İndirim: 1 saat boyunca 870°C (hava soğutma)

• Çözüm Annealing: 1150°C 1 saat boyunca (su söndürme)

• Yaşlanma (gerekirse): 8 - 24 saat boyunca 700 - 800°C

B. Sıcak Izostatik Baskı (HIP)

• Amaç: İç gözenekliliği ortadan kaldırır (yorucu ömrü artırır)

• Parametreler: 4 saat boyunca 100 - 150 MPa'da 1200°C

C. İşleme ve Dönüştürme

• CNC İşleme: Sıkı tolerans özellikleri için

• Yüzey işleme: Elektrokimyasal cilalama veya daha pürüzsüz yüzeyler için abraziv akış işleme

• Yıkıcı olmayan test (NDT): X-ışını CT, ultrasonik test veya boya nüfuzlu denetim

5. Havacılık ve Uzay Türbini Uygulamaları

3D basılı In625, aşağıdakiler de dahil olmak üzere kritik türbin bileşenlerinde kullanılır:

• Turbin Blades & Vanes (iç soğutma kanalları ile)

• Yanıcı kaplamalar (sıcaklık ve korozyon direnci)

• Egzoz nozeleri (yüksek sıcaklık stabilliği)

• Yakıt nozeleri (GE Aviation'ın LEAP motoru 3D basılı In625 kullanır)

• Kullanılmış türbin parçalarının onarımı (DED aracılığıyla)

Geleneksel Üretimle Karşılaştırıldığında Avantajlar

✔ Ağırlık azaltma (kağıt yapısı ve topoloji optimizasyonu)
✔ Daha hızlı üretim (karışık aletlere gerek yok)
✔ Geliştirilmiş Performans (optimize soğutma kanalları)
✔ Malzeme tasarrufu (yaklaşık ağ şeklinde üretim)

6. Zorluklar ve Gelecekteki Eğilimler

Zorluklar:

• In625 tozunun yüksek maliyeti

• Geri kalan stres ve bozulma (uygun ısı işlemini gerektirir)

• Tozun Tekrar Kullanılabilirlik Sınırları (tipik olarak bozulmadan önce 5 - 10 döngü)

Gelecekteki Eğilimler:

• Yapay zekaya dayalı süreç optimizasyonu (kusursuz baskı için)

• Hibrit Üretim (AM ile CNC işlemeyi birleştiren)

• Yeni Alaşım Geliştirme (daha yüksek sıcaklıklı varyantlar)