Xikong Intelligent Manufacturingは、複雑なチタンおよびアルミニウム合金構造の電子ビーム3Dプリントで大きな進歩を遂げました。

南極熊紹介：中国ではチタンアルミニウム合金の電子ビーム金属3Dプリントの主要技術において画期的な進歩がありました。

TiAl ベースの合金は、低密度、高比強度、高弾性率、高温耐酸化性などの特性を持ち、ニッケルベースの高温合金よりも約 50% 軽量です。 TiAl 系合金材料を製造するための電子ビーム選択溶融金属 3D 印刷技術は、最も革新的で最先端の成形方法であり、TiAl 系合金材料を形成するための唯一の選択肢であると考えられています。この技術は、微小領域溶融、周期的熱処理、急速凝固などの独自のプロセスの利点により、鋳造、インゴット冶金、粉末冶金における粗大組織と緩い凝固組織の問題を克服します。その固有の特性により、電子ビーム成形プロセスに大きな技術的課題が生じます。現在、中国では電子ビーム設備を使用して TiAl ベースの合金成形を完了できる企業はほんの一握りであり、大型の複雑な構造部品を成形できる企業はさらに少ないです。

2021年3月、南極熊は、西安航機電智能製造有限公司（以下、西空智能製造）が初期段階の継続的な努力を通じて大きな進歩を遂げ、TiAl合金の電子ビーム成形のプロセスにおける粉末崩壊（粉末吹き）、不十分な層間結合、アルミニウム元素の揮発、低密度、部品の横方向と縦方向の組織性能の不均一などの技術的困難を解決したことを知りました。
△ 図1 電子ビームによる粉末の崩壊の瞬間

図1は、電子ビーム成形プロセス中の初期の粉末崩壊現象を示しています。予熱プロセスを最適化およびアップグレードすることで、図2に示すように、さまざまな高さで一貫した性能を備えた大型のテストバーを正常に印刷できました。図3は縦方向の微細構造です。

△図2 電子ビーム3Dプリント高さ90mm Ti-48Al-2Cr-2Nb引張試験片

△ 図3 堆積状態の均一な微細構造

その後の組織制御により、Ti-48Al-2Cr-2Nb 試験片の横方向と縦方向の組織がより均一になり、密度は 99.6% 以上に達することができます。次の表は、横方向と縦方向の試験片の平均機械的特性データを示しています。

温度	降伏強度	抗張力	伸長
650℃	≥ 410	≥ 500	≥ 1.2
室温	≥ 430	≥ 510	≥ 1.8

△表1 電子ビーム技術を用いて印刷されたTi-48Al-2Cr-2Nb粉末の機械的特性

これを基に、西空智能製造は大型の複雑な構造部品を製造するためのプロセスパラメータを最適化およびアップグレードし、異なる高さでの材料構造の進化をターゲットに制御し、プロセスパラメータと印刷条件を変更した後、Ø110mm×66mmの高密度で亀裂のないTi-48Al-2Cr-2Nbスーパーチャージャータービンの形成に成功しました。これにより、西空智能製造はチタンとアルミニウムの複雑な構造部品を形成できる最初の企業の1つになりました。同時に、走査経路とビームスポットの焦点を最適化することで、薄肉の曲面遷移部品の成形プロセスの難しさも克服しました。

△図3 電子ビーム成形されたØ110mm×66mm Ti-48Al-2Cr-2Nb合金スーパーチャージャータービン

電子ビーム走査経路と成形温度を最適化することで成形されたTi-48Al-2Cr-2Nb合金の薄肉円形曲面部品。

△図4 電子ビームによる壁厚1mmのリング構造の形成

米GEアビエーションは、GE9XFAAエンジンが連邦航空局（FAA）の認証を取得したことを正式に発表したと報じられている。現在、同エンジンには300以上の積層造形部品があり、その1つが電子ビーム選択溶融技術で形成されたチタンアルミニウム低圧タービンブレードである。現在、中国ではチタンアルミニウムの電子ビーム成形時の微細構造の進化と精密制御に関する体系的な研究が不足しており、特に、電子ビーム成形されたチタンアルミニウムブレードの工学応用の基礎はさらに弱い。西空智能製造は、既存の技術を基盤として、国内の主要大学、航空宇宙研究機関、企業、機関と連携し、この分野と技術の工学応用を共同で推進し、強みを組み合わせ、困難を克服し、協力と革新を進め、国家のコア技術を克服するための戦いに貢献することを心から望んでいます。