MIT研究人员开发新热处理方法使3D打印金属材料更耐用
麻省理工学院开发的一种新热处理方法改变了3D打印金属的微观结构，使材料在极端热环境中更坚固、更有弹性。该技术可以使 3D打印用于发电的燃气轮机和喷气发动机的高性能叶片成为可能，这将实现具有改进的燃料消耗和能源效率的新设计。该研究发表在增材制造中。
通过 3D打印制造涡轮叶片除了具有环境和成本优势外，还可以让制造商快速生产出更复杂、更节能的叶片几何形状。但是 3D打印涡轮叶片的努力尚未清除一个大障碍：蠕变。
在冶金学中，蠕变是指金属在持续的机械应力和高温下发生永久变形的趋势。虽然研究人员探索了打印涡轮叶片，但他们发现打印过程会产生大小为数十至数百微米的细晶粒——一种特别容易发生蠕变的微观结构。
这意味着燃气轮机的寿命会更短或燃油效率会更低.
MIT的研究团队找到了一种通过添加额外的热处理步骤来改善3D打印合金结构的方法，该步骤将打印后材料的细晶粒转化为更大的“柱状”晶粒——一种更坚固的微观结构，应该最大限度地减少材料的蠕变潜力。这种方法为燃气轮机叶片的工业 3D打印扫清了道路。
该团队的新方法是一种定向再结晶形式——一种使材料以精确控制的速度通过热区的热处理，将材料的许多微观晶粒融合成更大、更坚固、更均匀的晶体。
定向再结晶是 80 多年前发明的，并已应用于锻造材料。在他们的新研究中，麻省理工学院团队对 3D打印超级合金进行了定向再结晶。
该团队在 3D打印的镍基超级合金上测试了该方法——通常铸造和用于燃气轮机的金属。在一系列实验中，研究人员将 3D打印的棒状超级合金样品放置在感应线圈正下方的室温水浴中。他们慢慢地将每根杆从水中拉出，并以不同的速度穿过线圈，将杆的温度急剧加热到 1,200 到 1,245 摄氏度之间。获 取 更多前沿科技?研究 进展访问：https://byteclicks.com
他们发现，以特定速度（每小时 2.5 毫米）和特定温度（1,235 摄氏度）拉制棒材会产生陡峭的热梯度，从而触发材料打印的细晶微观结构发生转变。
冷却热处理棒后，研究人员使用光学和电子显微镜检查了它们的微观结构，发现材料的印刷微观晶粒被“柱状”晶粒或明显大于原始晶粒的长晶体状区域所取代。
研究表明，研究团队可以将晶粒尺寸增加几个数量级，达到大量柱状晶粒，这在理论上应该会显着改善蠕变性能。
该团队还表明，他们可以控制棒状样品的拉拔速度和温度，以调整材料的生长晶粒，从而创建特定晶粒尺寸和方向的区域。这种控制水平可以让制造商打印出具有特定位置微结构的涡轮叶片，这些微结构能够适应特定的操作条件。
研究人员计划在更接近涡轮叶片的 3D打印几何体上测试热处理。该团队还在探索加快拉伸速度的方法，以及测试热处理结构的抗蠕变性。他们设想热处理可以使 3D打印的实际应用成为可能，以生产具有更复杂形状和图案的工业级涡轮叶片。
新的叶片几何形状将使陆基燃气轮机以及最终的航空发动机更加节能，这可以通过提高这些设备的效率来降低二氧化碳排放量。
这项研究得到了美国海军研究办公室的部分支持。
版权声明：除特殊说明外，本站所有文章均为 字节点击 原创内容，采用 BY-NC-SA 知识共享协议。原文链接：https://byteclicks.com/43379.html 转载时请以链接形式标明本文地址。转载本站内容不得用于任何商业目的。本站转载内容版权归原作者所有，文章内容仅代表作者独立观点，不代表字节点击立场。报道中出现的商标、图像版权及专利和其他版权所有的信息属于其合法持有人，只供传递信息之用，非商务用途。如有侵权，请联系 gavin@byteclicks.com。我们将协调给予处理。
赞
