• невсбјтп

Захваљујући новој топлотној обради, 3Д штампани метал може да издржи екстремне услове |МИТ Невс

Непрофитне организације, медији и јавност могу да преузимају слике са веб странице МИТ-а за штампу под некомерцијалном, неизведеном лиценцом Цреативе Цоммонс Аттрибутион.Не смете да мењате дате слике, само их изрежите на одговарајућу величину.Заслуге се морају користити приликом копирања слика;Заслуге „МИТ“ за слике осим ако није наведено у наставку.
Нова топлотна обрада развијена на МИТ-у мења микроструктуру 3Д штампаних метала, чинећи материјал јачим и отпорнијим на екстремне термичке услове.Ова технологија би могла да омогући 3Д штампање лопатица и лопатица високих перформанси за гасне турбине и млазне моторе који генеришу електричну енергију, омогућавајући новим дизајном да смање потрошњу горива и енергетску ефикасност.
Данашње лопатице гасних турбина се праве традиционалним процесом ливења у коме се растопљени метал сипа у сложене облике и усмерава учвршћује.Ове компоненте су направљене од неких од најотпорнијих металних легура на планети, јер су дизајниране да се окрећу великом брзином у екстремно врућим гасовима, извлачећи рад за генерисање електричне енергије у електранама и обезбеђују потисак за млазне моторе.
Све је веће интересовање за производњу турбинских лопатица коришћењем 3Д штампе, што, поред еколошких и економских предности, омогућава произвођачима да брзо производе лопатице сложеније и енергетски ефикасније геометрије.Али напори за 3Д штампање лопатица турбине тек треба да превазиђу једну велику препреку: пузање.
У металургији се под пузањем подразумева склоност метала да се неповратно деформише под сталним механичким напрезањем и високом температуром.Док су истраживачи истраживали могућност штампања лопатица турбине, открили су да процес штампања производи фина зрна величине од десетина до стотина микрометара - микроструктура која је посебно склона пузању.
„У пракси, то значи да ће гасна турбина имати краћи животни век или бити мање економична“, рекао је Зацхари Цордеро, Боеинг професор ваздухопловства на МИТ-у."Ово су скупи лоши резултати."
Цордеро и колеге су пронашли начин да побољшају структуру 3Д штампаних легура додавањем додатног корака термичке обраде који претвара фина зрна штампаног материјала у већа „стубна” зрна – чвршћу микроструктуру која минимизира потенцијал пузања материјала.материјала јер су „стубови“ поравнати са осом максималног напрезања.Приступ који је данас представљен у Аддитиве Мануфацтуринг отвара пут за индустријско 3Д штампање лопатица гасних турбина, кажу истраживачи.
„У блиској будућности очекујемо да ће произвођачи гасних турбина штампати своје лопатице у великим погонима за производњу адитива, а затим их накнадно обрадити помоћу наше топлотне обраде“, рекао је Кордеро.„3Д штампање ће омогућити нове архитектуре хлађења које могу повећати топлотну ефикасност турбина, омогућавајући им да произведу исту количину енергије док сагоревају мање горива и на крају емитују мање угљен-диоксида.
Кордерову студију коаутори су водећи аутори Доминиц Пицхи, Цхристопхер Цартер и Андрес Гарциа-Јименез са Масачусетског института за технологију, Ануграхапрадха Мукундан и Марие-Агатха Схарпан са Универзитета Илиноис у Урбана-Цхампаигн, и О Донован Леонард из Универзитета у Илиноису. Ридге Натионал Лаборатори.
Нова метода тима је облик усмерене рекристализације, топлотне обраде која помера материјал кроз врућу зону прецизно контролисаном брзином, стапајући многа микроскопска зрна материјала у веће, јаче, уједначеније кристале.
Усмерена рекристализација је измишљена пре више од 80 година и примењена на деформабилне материјале.У својој новој студији, МИТ тим је применио усмерену рекристализацију на 3Д штампане суперлегуре.
Тим је тестирао ову методу на 3Д штампаним суперлегурама на бази никла, металима који се обично ливеју и користе у гасним турбинама.У низу експеримената, истраживачи су поставили 3Д штампане узорке суперлегура налик шипкама у водено купатило на собној температури директно испод индукционог намотаја.Полако су извлачили сваки штап из воде и пропуштали га кроз калем различитим брзинама, значајно загревајући штапове до температура у распону од 1200 до 1245 степени Целзијуса.
Открили су да повлачење штапа при одређеној брзини (2,5 милиметара на сат) и на одређеној температури (1235 степени Целзијуса) ствара стрми температурни градијент који покреће прелаз у фино зрнатој микроструктури медија за штампање.
„Материјал почиње као мале честице са дефектима званим дислокације, попут сломљених шпагета“, објаснио је Кордеро.„Када загрејете материјал, ови дефекти нестају и обнављају се, а зрна могу расти.зрна апсорбовањем неисправног материјала и мањих зрна - процес који се зове рекристализација.
Након хлађења термички обрађених штапова, истраживачи су испитали њихову микроструктуру помоћу оптичких и електронских микроскопа и открили да су утиснута микроскопска зрна материјала замењена „стубним“ зрнцима, или дугим, кристалним регионима који су били много већи од оригинала. зрна..
„Потпуно смо се реструктурирали“, рекао је главни аутор Доминиц Пеацх."Показали смо да можемо повећати величину зрна за неколико редова величине да бисмо формирали велики број стубастих зрна, што би теоретски требало да доведе до значајног побољшања својстава пузања."
Тим је такође показао да могу да контролишу брзину повлачења и температуру узорака штапа како би фино подесили растућа зрна материјала, стварајући регионе специфичне величине зрна и оријентације.Овај ниво контроле могао би да омогући произвођачима да штампају лопатице турбина са микроструктурама специфичним за локацију које се могу прилагодити специфичним условима рада, каже Цордеро.
Цордеро планира да тестира топлотну обраду 3Д штампаних делова ближе лопатицама турбине.Тим такође истражује начине за убрзање затезне чврстоће, као и тестирање отпорности на пузање топлотно обрађених структура.Затим спекулишу да би топлотна обрада могла да омогући практичну примену 3Д штампања за производњу лопатица турбина индустријског квалитета са сложенијим облицима и шарама.
„Нове лопатице и геометрија лопатица учиниће копнене гасне турбине и, на крају, авионске моторе енергетски ефикаснијим“, рекао је Кордеро.„Из основне перспективе, ово би могло смањити емисију ЦО2 побољшањем ефикасности ових уређаја.


Време поста: 15.11.2022