A non-profit szervezetek, a média és a nyilvánosság a Creative Commons Attribution nem kereskedelmi, nem származékos licence alapján letölthet képeket az MIT Sajtóiroda webhelyéről.A megadott képeket nem szabad módosítani, csak a megfelelő méretre vágni.A krediteket a képek másolásakor kell használni;„MIT” jóváírás a képekért, hacsak alább nem jelezzük.
Az MIT-ben kifejlesztett új hőkezelés megváltoztatja a 3D nyomtatott fémek mikroszerkezetét, így az anyag erősebb és ellenállóbb lesz az extrém hőviszonyokkal szemben.Ez a technológia lehetővé teheti a nagy teljesítményű lapátok és lapátok 3D-nyomtatását elektromos áramot termelő gázturbinák és sugárhajtóművek számára, lehetővé téve az üzemanyag-fogyasztás és az energiahatékonyság csökkentését szolgáló új terveket.
A mai gázturbinák lapátjai hagyományos öntési eljárással készülnek, melynek során az olvadt fémet összetett formákba öntik és irányítottan megszilárdulják.Ezek az alkatrészek a bolygó leghőállóbb fémötvözetei közül készültek, mivel úgy tervezték őket, hogy rendkívül forró gázokban nagy sebességgel forogjanak, így a munkát kivonják az erőművekben elektromos áram előállításához, és tolóerőt biztosítanak a sugárhajtóművek számára.
Egyre nagyobb az érdeklődés a turbinalapátok 3D nyomtatással történő gyártása iránt, amely a környezeti és gazdasági előnyök mellett lehetővé teszi a gyártók számára, hogy gyorsan összetettebb és energiahatékonyabb geometriájú lapátokat állítsanak elő.A 3D-s nyomtatási turbinalapátokkal kapcsolatos erőfeszítéseknek azonban még le kell győzniük egy nagy akadályt: a kúszást.
A kohászatban a kúszás alatt a fém azon hajlamát értjük, hogy állandó mechanikai igénybevétel és magas hőmérséklet hatására visszafordíthatatlanul deformálódjon.Miközben a kutatók a turbinalapátok nyomtatásának lehetőségét vizsgálták, azt találták, hogy a nyomtatási folyamat finom szemcséket hoz létre, amelyek mérete tíztől több száz mikrométerig terjed – ez a mikrostruktúra különösen hajlamos a kúszásra.
"A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy a gázturbina rövidebb élettartamú lesz, vagy kevésbé gazdaságos" - mondta Zachary Cordero, a Boeing űrkutatási professzora, az MIT-n."Ezek költséges rossz eredmények."
Cordero és munkatársai megtalálták a módját, hogy javítsák a 3D nyomtatott ötvözetek szerkezetét egy további hőkezelési lépés hozzáadásával, amely a nyomtatott anyag finom szemcséit nagyobb „oszlopos” szemcsékké alakítja – ez egy erősebb mikrostruktúra, amely minimálisra csökkenti az anyag kúszási potenciálját.anyag, mert a „pillérek” a maximális feszültség tengelyéhez igazodnak.A kutatók szerint az Additív Manufacturingban ma felvázolt megközelítés megnyitja az utat a gázturbina lapátok ipari 3D-nyomtatásához.
„A közeljövőben arra számítunk, hogy a gázturbina-gyártók nagyméretű adalékanyag-gyártó üzemekben nyomtatják ki lapátjaikat, majd hőkezelésünkkel utófeldolgozást végeznek” – mondta Cordero."A 3D nyomtatás új hűtési architektúrákat tesz lehetővé, amelyek növelhetik a turbinák hőhatékonyságát, lehetővé téve számukra, hogy ugyanolyan mennyiségű energiát állítsanak elő, miközben kevesebb üzemanyagot égetnek el, és végül kevesebb szén-dioxidot bocsátanak ki."
Cordero tanulmányának társszerzői Dominic Pichi, Christopher Carter és Andres Garcia-Jiménez, a Massachusetts Institute of Technology munkatársai, Anugrahapradha Mukundan és Marie-Agatha Sharpan, az Illinoisi Egyetem Urbana-Champaign-i munkatársa, valamint Donovan Leonard, az Oak munkatársa. Ridge National Laboratory.
A csapat új módszere az irányított átkristályosítás egy formája, egy olyan hőkezelés, amely egy forró zónán keresztül, pontosan szabályozott sebességgel mozgatja az anyagot, és az anyag számos mikroszkopikus szemcséjét nagyobb, erősebb, egyenletesebb kristályokká olvasztja össze.
Az irányított átkristályosítást több mint 80 évvel ezelőtt találták fel, és deformálható anyagokon alkalmazták.Új tanulmányukban az MIT csapata irányított átkristályosítást alkalmazott 3D-s nyomtatott szuperötvözeteken.
A csapat ezt a módszert 3D nyomtatott nikkel alapú szuperötvözeteken tesztelte, amelyek általában a gázturbinákban öntöttek és használatosak.Egy sor kísérlet során a kutatók rúdszerű szuperötvözetek 3D-nyomtatott mintáit helyezték szobahőmérsékletű vízfürdőbe közvetlenül egy indukciós tekercs alá.Lassan kihúzták az egyes rudakat a vízből, és különböző sebességgel átengedték egy tekercsen, jelentősen felmelegítve a rudakat 1200 és 1245 Celsius fok közötti hőmérsékletre.
Azt találták, hogy a rudat egy bizonyos sebességgel (2,5 milliméter óránként) és egy bizonyos hőmérsékleten (1235 Celsius fok) húzva meredek hőmérsékleti gradiens jön létre, amely átmenetet vált ki a nyomathordozó finomszemcsés mikrostruktúrájában.
„Az anyag kis részecskékből indul ki, amelyeknek hibái, úgynevezett diszlokációk, mint például a törött spagetti” – magyarázta Cordero.„Amikor felmelegítjük az anyagot, ezek a hibák eltűnnek, újjáépülnek, és a szemcsék növekedhetnek.szemcséket a hibás anyagok és a kisebb szemcsék elnyelésével – ezt a folyamatot átkristályosításnak nevezik.”
A hőkezelt rudak lehűtése után a kutatók optikai és elektronmikroszkóppal megvizsgálták azok mikroszerkezetét, és megállapították, hogy az anyag nyomott mikroszkopikus szemcséit „oszlopos” szemcsék vagy hosszú, kristályszerű régiók váltották fel, amelyek jóval nagyobbak az eredetinél. gabonafélék..
"Teljesen átstrukturáltuk" - mondta Dominic Peach vezető szerző."Megmutatjuk, hogy több nagyságrenddel növelhetjük a szemcseméretet, hogy nagyszámú oszlopos szemcsét hozzunk létre, ami elméletileg a kúszási tulajdonságok jelentős javulásához vezet."
A csapat azt is kimutatta, hogy szabályozni tudják a rúdminták húzási sebességét és hőmérsékletét, hogy finomhangolhassák az anyag növekvő szemcséit, így specifikus szemcseméretű és tájolású régiókat hozzanak létre.Ez a vezérlési szint lehetővé teheti a gyártók számára, hogy helyspecifikus mikrostruktúrákkal nyomtassák a turbinalapátokat, amelyek az adott működési feltételekhez szabhatók, mondja Cordero.
A Cordero azt tervezi, hogy a turbinalapátokhoz közelebbről teszteli a 3D nyomtatott alkatrészek hőkezelését.A csapat a szakítószilárdság felgyorsításának módjait, valamint a hőkezelt szerkezetek kúszási ellenállásának tesztelését is vizsgálja.Ezután azt feltételezik, hogy a hőkezelés lehetővé teheti a 3D nyomtatás gyakorlati alkalmazását összetettebb formájú és mintázatú, ipari minőségű turbinalapátok előállítására.
„Az új lapátok és lapátok geometriája energiahatékonyabbá teszi a szárazföldi gázturbinákat és végső soron a repülőgép-hajtóműveket” – mondta Cordero."Alapszempontból ez csökkentheti a CO2-kibocsátást azáltal, hogy javítja ezen eszközök hatékonyságát."
Feladás időpontja: 2022. november 15
