Neziskové organizácie, médiá a verejnosť si môžu stiahnuť obrázky z webovej stránky tlačovej kancelárie MIT pod licenciou Creative Commons Attribution, ktorá nie je komerčná a nie je odvodená.Poskytnuté obrázky nesmiete upravovať, iba ich orezať na správnu veľkosť.Pri kopírovaní obrázkov je potrebné použiť kredity;Kredit „MIT“ za obrázky, pokiaľ nie je uvedené nižšie.
Nové tepelné spracovanie vyvinuté na MIT mení mikroštruktúru 3D tlačených kovov, vďaka čomu je materiál pevnejší a odolnejší voči extrémnym teplotným podmienkam.Táto technológia by mohla umožniť 3D tlač vysokovýkonných lopatiek a lopatiek pre plynové turbíny a prúdové motory, ktoré vyrábajú elektrickú energiu, čo umožní nové návrhy na zníženie spotreby paliva a energetickej účinnosti.
Dnešné lopatky plynových turbín sa vyrábajú tradičným procesom odlievania, pri ktorom sa roztavený kov odlieva do zložitých tvarov a smerovo tuhne.Tieto komponenty sú vyrobené z niektorých z najteplejších kovových zliatin na planéte, pretože sú navrhnuté tak, aby sa otáčali pri vysokých rýchlostiach v extrémne horúcich plynoch, získavali prácu na výrobu elektriny v elektrárňach a poskytovali ťah pre prúdové motory.
Rastie záujem o výrobu lopatiek turbín pomocou 3D tlače, ktorá okrem ekologických a ekonomických výhod umožňuje výrobcom rýchlo vyrábať lopatky so zložitejšou a energeticky efektívnejšou geometriou.Úsilie o 3D tlač lopatiek turbíny však ešte musí prekonať jednu veľkú prekážku: plazenie.
V metalurgii sa tečenie chápe ako tendencia kovu nevratne sa deformovať pri stálom mechanickom namáhaní a vysokej teplote.Zatiaľ čo výskumníci skúmali možnosť tlače turbínových lopatiek, zistili, že proces tlače vytvára jemné zrná s veľkosťou od desiatok do stoviek mikrometrov - mikroštruktúru, ktorá je obzvlášť náchylná na tečenie.
„V praxi to znamená, že plynová turbína bude mať kratšiu životnosť alebo bude menej ekonomická,“ povedal Zachary Cordero, profesor letectva Boeingu na MIT."Toto sú drahé zlé výsledky."
Cordero a kolegovia našli spôsob, ako zlepšiť štruktúru 3D tlačených zliatin pridaním dodatočného kroku tepelného spracovania, ktorý premení jemné zrná vytlačeného materiálu na väčšie „stĺpcové“ zrná – silnejšiu mikroštruktúru, ktorá minimalizuje potenciál tečenia materiálu.materiál, pretože „stĺpy“ sú zarovnané s osou maximálneho napätia.Prístup načrtnutý dnes v Aditívnej výrobe pripravuje cestu pre priemyselnú 3D tlač lopatiek plynových turbín, hovoria vedci.
„V blízkej budúcnosti očakávame, že výrobcovia plynových turbín vytlačia svoje lopatky vo veľkých závodoch na výrobu aditív a následne ich spracujú pomocou nášho tepelného spracovania,“ povedal Cordero.„3D tlač umožní nové chladiace architektúry, ktoré môžu zvýšiť tepelnú účinnosť turbín, čo im umožní produkovať rovnaké množstvo energie a zároveň spáliť menej paliva a v konečnom dôsledku vypustiť menej oxidu uhličitého.“
Na Corderovej štúdii sa podieľali hlavní autori Dominic Pichi, Christopher Carter a Andres Garcia-Jiménez z Massachusetts Institute of Technology, Anugrahapradha Mukundan a Marie-Agatha Sharpan z University of Illinois v Urbana-Champaign a Donovan Leonard z Oak. Národné laboratórium Ridge.
Nová metóda tímu je formou smerovej rekryštalizácie, tepelného spracovania, ktoré presúva materiál cez horúcu zónu presne kontrolovanou rýchlosťou a spája mnoho mikroskopických zŕn materiálu do väčších, silnejších a jednotnejších kryštálov.
Smerová rekryštalizácia bola vynájdená pred viac ako 80 rokmi a aplikovaná na deformovateľné materiály.Vo svojej novej štúdii tím MIT aplikoval riadenú rekryštalizáciu na 3D tlačené superzliatiny.
Tím testoval túto metódu na 3D tlačených superzliatinách na báze niklu, kovoch bežne odlievaných a používaných v plynových turbínach.V sérii experimentov výskumníci umiestnili 3D vytlačené vzorky tyčovitých superzliatin do vodného kúpeľa s izbovou teplotou priamo pod indukčnú cievku.Každý prút pomaly vytiahli z vody a prešli cez cievku rôznymi rýchlosťami, čím sa prúty výrazne zohriali na teploty v rozmedzí od 1200 do 1245 stupňov Celzia.
Zistili, že ťahanie tyče pri určitej rýchlosti (2,5 milimetra za hodinu) a pri určitej teplote (1235 stupňov Celzia) vytvára strmý teplotný gradient, ktorý spúšťa prechod v jemnozrnnej mikroštruktúre tlačového média.
"Materiál začína ako malé častice s defektmi nazývanými dislokácie, ako sú rozbité špagety," vysvetlil Cordero.„Keď materiál zahrejete, tieto defekty zmiznú a obnovia sa a zrná môžu rásť.zrná absorbovaním defektného materiálu a menších zŕn – proces nazývaný rekryštalizácia.
Po ochladení tepelne upravených tyčiniek výskumníci skúmali ich mikroštruktúru pomocou optických a elektrónových mikroskopov a zistili, že vytlačené mikroskopické zrná materiálu boli nahradené „stĺpcovými“ zrnami alebo dlhými oblasťami podobnými kryštálom, ktoré boli oveľa väčšie ako pôvodné. zrná..
„Úplne sme reštrukturalizovali,“ povedal hlavný autor Dominic Peach."Ukazujeme, že môžeme zväčšiť veľkosť zŕn o niekoľko rádov, aby sme vytvorili veľké množstvo stĺpcových zŕn, čo by teoreticky malo viesť k výraznému zlepšeniu vlastností tečenia."
Tím tiež ukázal, že môžu ovládať rýchlosť ťahu a teplotu vzoriek tyče, aby doladili rastúce zrná materiálu, čím sa vytvorili oblasti so špecifickou veľkosťou zŕn a orientáciou.Táto úroveň kontroly by mohla výrobcom umožniť tlačiť lopatky turbín s mikroštruktúrami špecifickými pre dané miesto, ktoré možno prispôsobiť špecifickým prevádzkovým podmienkam, hovorí Cordero.
Cordero plánuje otestovať tepelné spracovanie 3D tlačených dielov bližšie k lopatkám turbíny.Tím tiež hľadá spôsoby, ako urýchliť pevnosť v ťahu, ako aj testovať odolnosť tepelne spracovaných štruktúr voči tečeniu.Potom špekulujú, že tepelné spracovanie by mohlo umožniť praktickú aplikáciu 3D tlače na výrobu priemyselných lopatiek turbín so zložitejšími tvarmi a vzormi.
„Nové lopatky a geometria lopatiek spôsobia, že pozemné plynové turbíny a v konečnom dôsledku aj letecké motory budú energeticky účinnejšie,“ povedal Cordero."Zo základného hľadiska by to mohlo znížiť emisie CO2 zlepšením účinnosti týchto zariadení."
Čas odoslania: 15. novembra 2022
