Mittetulundusühingud, meedia ja avalikkus võivad pilte alla laadida MIT Pressibüroo veebisaidilt Creative Commons Attributioni mitteärilise ja mittetuletisliku litsentsi alusel.Te ei tohi pakutavaid pilte muuta, vaid kärpida neid õigesse suurusesse.Piltide kopeerimisel tuleb kasutada krediite;"MIT" krediit piltide eest, kui allpool pole märgitud.
MIT-is välja töötatud uus kuumtöötlus muudab 3D-prinditud metallide mikrostruktuuri, muutes materjali tugevamaks ja vastupidavamaks ekstreemsete termiliste tingimuste suhtes.See tehnoloogia võib võimaldada elektrit tootvate gaasiturbiinide ja reaktiivmootorite suure jõudlusega labade ja labade 3D-printimist, võimaldades uutel disainilahendustel kütusekulu ja energiatõhusust vähendada.
Tänapäeva gaasiturbiini labad on valmistatud traditsioonilisel valuprotsessil, mille käigus sulametall valatakse keerukatesse vormidesse ja tahkutakse suunaga.Need komponendid on valmistatud planeedi kõige kuumuskindlamatest metallisulamitest, kuna need on loodud pöörlema suurel kiirusel äärmiselt kuumades gaasides, eraldades tööd, et toota elektrijaamades elektrit ja anda reaktiivmootoritele tõukejõudu.
Kasvab huvi turbiinilabade tootmise vastu, kasutades 3D-printimist, mis lisaks keskkonna- ja majanduskasule võimaldab tootjatel kiiresti toota keerukama ja energiasäästlikuma geomeetriaga labasid.Kuid jõupingutused turbiinilabade 3D-printimiseks ei ole veel ületanud üht suurt takistust: roomamist.
Metallurgias mõistetakse roomamise all metalli kalduvust pöördumatult deformeeruda pideva mehaanilise pinge ja kõrge temperatuuri mõjul.Samal ajal kui teadlased uurisid turbiinilabade trükkimise võimalust, leidsid nad, et trükkimise käigus saadakse kümnetest kuni sadade mikromeetriteni ulatuvad peened terad – mikrostruktuur, mis on eriti kalduv roomama.
"Praktikas tähendab see, et gaasiturbiini eluiga on lühem või vähem ökonoomne," ütles MIT-i Boeingi kosmoseprofessor Zachary Cordero."Need on kulukad halvad tulemused."
Cordero ja tema kolleegid on leidnud võimaluse parandada 3D-prinditud sulamite struktuuri, lisades täiendava kuumtöötlusetapi, mis muudab prinditud materjali peened terad suuremateks "kolonnikujulisteks" teradeks – tugevamaks mikrostruktuuriks, mis minimeerib materjali roomamispotentsiaali.materjalist, kuna "sambad" on joondatud maksimaalse pinge teljega.Teadlaste sõnul sillutab täna Additive Manufacturingis välja toodud lähenemisviis gaasiturbiini labade tööstuslikule 3D-printimisele.
"Lähitulevikus eeldame, et gaasiturbiinide tootjad prindivad oma labad suuremahulistes lisandite tootmisettevõtetes ja seejärel töötlevad neid meie kuumtöötlusega," ütles Cordero."3D-printimine võimaldab uusi jahutusarhitektuure, mis võivad suurendada turbiinide soojuslikku efektiivsust, võimaldades neil toota sama palju võimsust, põletades samal ajal vähem kütust ja eraldades lõpuks vähem süsinikdioksiidi."
Cordero uuringu kaasautoriteks olid juhtivad autorid Dominic Pichi, Christopher Carter ja Andres Garcia-Jiménez Massachusettsi Tehnoloogiainstituudist, Anugrahapradha Mukundan ja Marie-Agatha Sharpan Illinoisi ülikoolist Urbana-Champaignis ning Donovan Leonard Oakist. Ridge'i riiklik labor.
Meeskonna uus meetod on suunatud ümberkristallimise vorm, kuumtöötlus, mis liigutab materjali läbi kuuma tsooni täpselt kontrollitud kiirusega, sulatades palju materjali mikroskoopilisi terasid suuremateks, tugevamateks ja ühtlasemateks kristallideks.
Suunatud ümberkristallimine leiutati üle 80 aasta tagasi ja seda rakendati deformeeritavatele materjalidele.Oma uues uuringus on MIT-i meeskond rakendanud 3D-prinditud supersulamitele suunatud ümberkristallimist.
Meeskond katsetas seda meetodit 3D-prinditud niklipõhistel supersulamitel, metallidel, mida tavaliselt valatakse ja kasutatakse gaasiturbiinides.Katsete seerias asetasid teadlased vardalaadsete supersulamite 3D-prinditud proovid toatemperatuuril veevanni otse induktsioonmähise alla.Nad tõmbasid iga varda aeglaselt veest välja ja lasid selle erinevatel kiirustel läbi mähise, soojendades vardaid märkimisväärselt temperatuurini 1200–1245 kraadi Celsiuse järgi.
Nad leidsid, et varda tõmbamine teatud kiirusega (2,5 millimeetrit tunnis) ja teatud temperatuuril (1235 kraadi Celsiuse järgi) tekitab järsu temperatuurigradiendi, mis käivitab ülemineku prindikandja peeneteralises mikrostruktuuris.
"Materjal saab alguse väikestest osakestest, millel on defektid, mida nimetatakse dislokatsioonideks, näiteks purustatud spagetid," selgitas Cordero.“Materjali kuumutamisel need vead kaovad ja tekivad uuesti ning terad võivad kasvada.terad, absorbeerides defektse materjali ja väiksemaid terasid – seda protsessi nimetatakse ümberkristallimiseks.
Pärast kuumtöödeldud varraste jahutamist uurisid teadlased nende mikrostruktuuri optiliste ja elektronmikroskoobide abil ning leidsid, et materjali trükitud mikroskoopilised terad asendati "kolonnikujuliste" teradega või pikkade kristallilaadsete piirkondadega, mis olid palju suuremad kui originaal. terad..
"Me tegime täielikult ümberkorraldamise," ütles juhtiv autor Dominic Peach."Näitame, et saame suurendada tera suurust mitme suurusjärgu võrra, et moodustada suur hulk sammaskujulisi teri, mis peaks teoreetiliselt viima roomamisomaduste olulise paranemiseni."
Meeskond näitas ka, et nad suudavad kontrollida varraste proovide tõmbekiirust ja temperatuuri, et peenhäälestada materjali kasvavaid terasid, luues spetsiifilise tera suuruse ja orientatsiooniga piirkondi.See kontrollitase võib võimaldada tootjatel printida turbiini labasid kohaspetsiifiliste mikrostruktuuridega, mida saab kohandada konkreetsete töötingimustega, ütleb Cordero.
Cordero plaanib katsetada 3D-prinditud osade kuumtöötlust turbiini labadele lähemal.Meeskond uurib ka võimalusi tõmbetugevuse kiirendamiseks ja termotöödeldud konstruktsioonide roomamiskindluse testimiseks.Seejärel spekuleerivad nad, et kuumtöötlus võib võimaldada 3D-printimise praktilist rakendamist keerukama kuju ja mustriga tööstusliku kvaliteediga turbiinilabade tootmiseks.
"Uued labad ja labade geomeetria muudavad maapealsed gaasiturbiinid ja lõpuks ka lennukimootorid energiatõhusamaks," ütles Cordero."Algtaseme vaatenurgast võib see vähendada CO2 heitkoguseid, parandades nende seadmete tõhusust."
Postitusaeg: 15.11.2022
