Nie-winsgewende organisasies, die media en die publiek kan beelde van die MIT Press Office-webwerf aflaai onder die Creative Commons Attribution nie-kommersiële, nie-afgeleide lisensie.Jy mag nie die verskafde beelde verander nie, net sny hulle na die korrekte grootte.Krediete moet gebruik word wanneer beelde gekopieer word;"MIT" krediet vir beelde, tensy hieronder vermeld.
’n Nuwe hittebehandeling wat by MIT ontwikkel is, verander die mikrostruktuur van 3D-gedrukte metale, wat die materiaal sterker en meer bestand teen uiterste termiese toestande maak.Hierdie tegnologie kan 3D-drukwerk van hoëwerkverrigtinglemme en wiele vir gasturbines en straalenjins wat elektrisiteit opwek moontlik maak, wat nuwe ontwerpe moontlik maak om brandstofverbruik en energiedoeltreffendheid te verminder.
Vandag se gasturbinelemme word gemaak met behulp van 'n tradisionele gietproses waarin gesmelte metaal in komplekse vorms gegooi en rigtinggewend gestol word.Hierdie komponente word gemaak van van die mees hittebestande metaallegerings op die planeet, aangesien hulle ontwerp is om teen hoë spoed in uiters warm gasse te draai, werk te onttrek om elektrisiteit in kragsentrales op te wek en stootkrag vir straalmotors te verskaf.
Daar is 'n groeiende belangstelling in die vervaardiging van turbinelemme deur 3D-drukwerk te gebruik, wat, benewens omgewings- en ekonomiese voordele, vervaardigers in staat stel om vinnig lemme met meer komplekse en energiedoeltreffende geometrieë te vervaardig.Maar pogings om turbinelemme te 3D-druk moet nog een groot struikelblok oorkom: kruip.
In metallurgie word kruip verstaan as die neiging van 'n metaal om onomkeerbaar te vervorm onder konstante meganiese spanning en hoë temperatuur.Terwyl die navorsers die moontlikheid ondersoek het om turbinelemme te druk, het hulle gevind dat die drukproses fyn korrels produseer wat in grootte wissel van tien tot honderde mikrometers—’n mikrostruktuur wat veral geneig is om te kruip.
"In die praktyk beteken dit dat die gasturbine 'n korter leeftyd sal hê of minder ekonomies sal wees," het Zachary Cordero, Boeing-professor in lugvaart aan MIT, gesê."Dit is duur slegte resultate."
Cordero en kollegas het 'n manier gevind om die struktuur van 3D-gedrukte legerings te verbeter deur 'n bykomende hittebehandelingstap by te voeg wat die fyn korrels van die gedrukte materiaal in groter "kolomvormige" korrels verander - 'n sterker mikrostruktuur wat die materiaal se kruippotensiaal minimaliseer.materiaal omdat die "pilare" in lyn is met die as van maksimum spanning.Die benadering wat vandag in Additive Manufacturing uiteengesit word, baan die weg vir industriële 3D-druk van gasturbinelemme, sê die navorsers.
"In die nabye toekoms verwag ons dat gasturbinevervaardigers hul lemme in grootskaalse toevoegingsvervaardigingsaanlegte sal druk en dit dan naverwerk met behulp van ons hittebehandeling," het Cordero gesê."3D-drukwerk sal nuwe verkoelingsargitekture moontlik maak wat die termiese doeltreffendheid van turbines kan verhoog, wat hulle in staat stel om dieselfde hoeveelheid krag te produseer terwyl hulle minder brandstof verbrand en uiteindelik minder koolstofdioksied vrystel."
Cordero se studie is mede-outeur van hoofskrywers Dominic Pichi, Christopher Carter, en Andres Garcia-Jiménez van die Massachusetts Institute of Technology, Anugrahapradha Mukundan en Marie-Agatha Sharpan van die Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, en Donovan Leonard van die Oak Ridge Nasionale Laboratorium.
Die span se nuwe metode is 'n vorm van rigtinggewende herkristallisasie, 'n hittebehandeling wat materiaal teen 'n presies beheerde tempo deur 'n warm sone beweeg, en baie mikroskopiese korrels van die materiaal in groter, sterker, meer eenvormige kristalle saamsmelt.
Rigtingherkristallisasie is meer as 80 jaar gelede uitgevind en op vervormbare materiale toegepas.In hul nuwe studie het 'n MIT-span gerigte herkristallisasie op 3D-gedrukte superlegerings toegepas.
Die span het hierdie metode getoets op 3D-gedrukte nikkel-gebaseerde superlegerings, metale wat algemeen gegiet en in gasturbines gebruik word.In 'n reeks eksperimente het die navorsers 3D-gedrukte monsters van staafagtige superlegerings in 'n kamertemperatuur waterbad direk onder 'n induksiespoel geplaas.Hulle het elke staaf stadig uit die water getrek en dit deur 'n spoel teen verskillende snelhede gevoer, wat die stokke aansienlik verhit het tot temperature wat wissel van 1200 tot 1245 grade Celsius.
Hulle het gevind dat die trek van die staaf teen 'n sekere spoed (2,5 millimeter per uur) en teen 'n sekere temperatuur (1235 grade Celsius) 'n steil temperatuurgradiënt skep wat 'n oorgang in die fynkorrelige mikrostruktuur van die drukmedia veroorsaak.
"Die materiaal begin as klein deeltjies met defekte wat ontwrigtings genoem word, soos gebreekte spaghetti," het Cordero verduidelik.“Wanneer jy die materiaal verhit, verdwyn hierdie defekte en bou dit weer op, en die korrels kan groei.korrels deur gebrekkige materiaal en kleiner korrels te absorbeer—’n proses wat herkristallisasie genoem word.”
Nadat die hittebehandelde stawe afgekoel het, het die navorsers hul mikrostruktuur met behulp van optiese en elektronmikroskope ondersoek en gevind dat die ingeprente mikroskopiese korrels van die materiaal vervang is deur "kolomvormige" korrels, of lang, kristalagtige streke wat baie groter as die oorspronklike was. korrels..
"Ons het heeltemal herstruktureer," het hoofskrywer Dominic Peach gesê."Ons wys dat ons die korrelgrootte met verskeie ordes kan vergroot om 'n groot aantal kolomkorrels te vorm, wat teoreties tot 'n aansienlike verbetering in kruip-eienskappe behoort te lei."
Die span het ook gewys dat hulle die trektempo en temperatuur van die staafmonsters kan beheer om die groeiende korrels van die materiaal fyn te stel, wat streke van spesifieke korrelgrootte en oriëntasie skep.Hierdie vlak van beheer kan vervaardigers toelaat om turbinelemme te druk met plekspesifieke mikrostrukture wat aangepas kan word vir spesifieke bedryfstoestande, sê Cordero.
Cordero beplan om die hittebehandeling van 3D-gedrukte dele nader aan die turbinelemme te toets.Die span kyk ook na maniere om treksterkte te versnel, asook om die kruipweerstand van hittebehandelde strukture te toets.Hulle spekuleer dan dat hittebehandeling die praktiese toepassing van 3D-drukwerk moontlik maak om turbinelemme van industriële graad met meer komplekse vorms en patrone te vervaardig.
"Die nuwe lemme en lemgeometrie sal landgebaseerde gasturbines en, uiteindelik, vliegtuigenjins meer energiedoeltreffend maak," het Cordero gesê."Vanuit 'n basislynperspektief kan dit CO2-emissies verminder deur die doeltreffendheid van hierdie toestelle te verbeter."
Postyd: 15 Nov 2022
