Tác động của việc điều trị nhiệt giải stress đến hình thái bề mặt và độ chính xác kích thước của các chi tiết tấm titan loại 1 được hình thành từng bước

Amar Kumar Behera1,2, Hengan Ou1
1Faculty of Engineering, Division of Materials, Mechanics and Structures, University of Nottingham, Nottingham, UK
2School of Mechanical Engineering, University of Leeds, Leeds, UK

Tóm tắt

Việc hình thành các chi tiết với độ nhám bề mặt tối ưu và độ chính xác kích thước cao là điều quan trọng trong nhiều ứng dụng của quá trình hình thành tấm gia tăng (ISF). Để hiện thực hóa điều này, tác động của việc điều trị nhiệt giải stress của các chi tiết titan loại 1 thực hiện trước và sau khi hình thành lên độ hoàn thiện bề mặt và độ chính xác kích thước đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy việc điều trị nhiệt ở nhiệt độ 540 °C trong 2 giờ cải thiện độ hoàn thiện bề mặt của các chi tiết đã hình thành, tạo ra bề mặt với ít hoặc không có dấu vết công cụ nhìn thấy được. Ngoài ra, nó cũng cải thiện độ chính xác kích thước của các chi tiết sau khi giải nén khỏi thiết bị được sử dụng để hình thành, đặc biệt là những chi tiết có góc tường nông (thường <25°). Cũng cần lưu ý rằng điều trị nhiệt sau khi hình thành cải thiện độ hoàn thiện bề mặt của các chi tiết. Đặc điểm hình thái bề mặt của các chi tiết hình thành đã được nghiên cứu bằng interferometry để thu được các tham số độ nhám bề mặt toàn diện và sau đó bằng hình ảnh electron thứ cấp. Kết quả hình ảnh bằng kính hiển vi điện tử phản xạ ngược kết hợp với phân tích tia X năng lượng tán xạ (EDX) cho thấy việc điều trị nhiệt trước khi hình thành dẫn đến mòn dụng cụ như được chỉ ra bởi sự hiện diện của Fe trong các mẫu. Hơn nữa, điều trị nhiệt sau khi hình thành ngăn chặn sự cuốn cong của các chi tiết hình thành do ứng suất nén nếu chi tiết hình thành được cắt.

Từ khóa

#điều trị nhiệt #độ nhám bề mặt #độ chính xác kích thước #titan loại 1 #hình thành tấm gia tăng

Tài liệu tham khảo

Krebs RE (2006) The history and use of our earth’s chemical elements: a reference guide, 2nd edn. Greenwood Press, Westport Bannon B, Mild E (1983) Titanium alloys for biomaterial application: an overview. Titanium alloys in surgical implants. ASTM STP 796:7–15 Donachie MJ (2000) Titanium: a Technical Guide. 2nd edn. ASM International, Materials Park, Ohio Nishiguchi S, Nakamura T, Kobayashi M, Kim HM, Miyaji F, Kokubo T (1999) The effect of heat treatment on bone-bonding ability of alkali-treated titanium. Biomaterials 20(5):491–500 Wennerberg A, Albrektsson T (2000) Suggested guidelines for the topographic evaluation of implant surfaces. Int J Oral Maxillofac Implants 15(3):331–344 Wennerberg A, Albrektsson T, Andersson B (1995) Bone tissue response to commercially pure titanium implants blasted with fine and coarse particles of aluminum oxide. Int J Oral Maxillofac Implants 11(1):38–45 Jeswiet J, Micari F, Hirt G, Bramley A, Duflou J, Allwood J (2005) Asymmetric single point incremental forming of sheet metal. Cirp Ann-Manuf Technol 54(2):623–649 Behera AK (2013) Shape Feature Taxonomy Development for Toolpath Optimisation in Incremental Sheet Forming. PhD Thesis. Katholieke Universiteit Leuven ISBN 978-94-6018-733-9 Behera AK, Lauwers B, Duflou JR (2013) Tool path generation for single point incremental forming using intelligent sequencing and multi-step mesh morphing techniques. Int J Mater Form 8(4):517–532. doi:10.1007/s12289-014-1174-y Kurra S, Rahman NH, Regalla SP, Gupta AK (2015) Modeling and optimization of surface roughness in single point incremental forming process. J Mater Res Technol 4(3):304–313. doi:10.1016/j.jmrt.2015.01.003 Ham M, Powers B, Brown C, Jeswiet J, Hamilton K (2009) Roughness evaluation of single point incrementally formed surfaces. Trans NAMRI/SME 37:411–418 Hamilton K, Jeswiet J (2010) Single point incremental forming at high feed rates and rotational speeds: surface and structural consequences. Cirp Ann-Manuf Technol 59(1):311–314 Ham M, Powers BM, Loiselle J (2013) Surface topography from single point incremental forming using an acetal tool. Key Eng Mater 549:84–91 Ham M, Powers BM, Loiselle J (2014) Multiscale analysis of surface topography from single point incremental forming using an acetal tool. J Phys 483:012008 Behera AK, Lauwers B, Duflou JR (2014) Tool path generation framework for accurate manufacture of complex 3D sheet metal parts using single point incremental forming. Comput Ind 65(4):563–584 Behera AK, Verbert J, Lauwers B, Duflou JR (2013) Tool path compensation strategies for single point incremental sheet forming using multivariate adaptive regression splines. Comput Aided Des 45(3):575–590 Malhotra R, Reddy NV, Cao JA (2010) Automatic 3D spiral toolpath generation for single point incremental forming. J Manuf Sci E-T Asme 132(6):1–10 Essa K, Hartley P (2011) An assessment of various process strategies for improving precision in single point incremental forming. Int J Mater Form 4(4):401–412 Duflou JR, Callebaut B, Verbert J, De Baerdemaeker H (2007) Laser assisted incremental forming: formability and accuracy improvement. Cirp Ann-Manuf Technol 56(1):273–276 Fan GQ, Gao L, Hussain G, Wu ZL (2008) Electric hot incremental forming: a novel technique. Int J Mach Tools Manuf 48(15):1688–1692 Verbert J, Duflou JR, Lauwers B (2007) Feature based approach for increasing the accuracy of the SPIF process. Key Eng Mater 344:527–534 Lu B, Chen J, Ou H, Cao J (2013) Feature-based tool path generation approach for incremental sheet forming process. J Mater Process Technol 213(7):1221–1233. doi:10.1016/j.jmatprotec.2013.01.023 Malhotra R, Cao J, Ren F, Kiridena V, Xia ZC, Reddy NV (2011) Improvement of Geometric Accuracy in Incremental Forming by Using a Squeezing Toolpath Strategy With Two Forming Tools. J Manuf Sci E-T Asme 133(6):061019. doi:10.1115/1.4005179 Göttmann A, Korinth M, Schäfer V, Araghi BT, Bambach M, Hirt G (2013) Manufacturing of individualized cranial implants using two point incremental sheet metal forming. In: Schuh G, Neugebauer R, Uhlmann E (eds) Future trends in production engineering. Springer, Berlin Heidelberg, pp 287–295 Duflou JR, Behera AK, Vanhove H, Bertol LS (2013) Manufacture of accurate titanium cranio-facial implants with high forming angle using single point incremental forming. Key Eng Mater 549:223–230 ASM Metals Handbook, Volume 4, Heat Treating (1991) ASM International, Materials Park, Ohio Semiatin SL, Seetharaman V, Weiss I (1997) The thermomechanical processing of alpha/beta titanium alloys. Jom J Miner Met Mater Soc 49(6):33–39 Behera AK, Lu B, Ou H (2015) Characterization of shape and dimensional accuracy of incrementally formed titanium sheet parts with intermediate curvatures between two feature types. Int J Adv Manuf Technol 83(5):1099–1111 Lu B, Ou H, Shi S, Long H, Chen J (2014) Titanium based cranial reconstruction using incremental sheet forming. Thematic Issue: Flexible Forming - Incremental Sheet Forming & Roll Forming. Int J Mater Form:1-10. doi:10.1007/s12289-014-1205-8 ISO 25178: Geometrical product specifications (GPS) - Surface texture: Areal (2012) International Organisation for Standardisation Welcome to Vision64 (2012) User Manual, Bruker Corporation da Rocha SS, Adabo GL, Henriques GE, Nobilo MA (2006) Vickers hardness of cast commercially pure titanium and Ti-6Al-4V alloy submitted to heat treatments. Braz Dent J 17(2):126–129 Fitzpatrick ME, Fry AT, Holdway P, Kandil FA, Shackleton J, Suominen L (2005) Determination of Residual Stresses by X-ray Diffraction – Issue 2. Measurement Good Practice Guide No. 52. National Physical Laboratory. http://www.npl.co.uk/upload/pdf/Determination_of_Residual_Stresses_by_X-ray_Diffraction_-_Issue_2.pdf. Accessed 31 Mar 2016 Culity B, Stock S (2001) Elements of X-ray Diffraction, 3rd edn. Prentice Hall, Upper Saddle River