Некамерцыйныя арганізацыі, СМІ і грамадскасць могуць спампоўваць выявы з вэб-сайта прэс-службы Масачусецкага тэхналагічнага інстытута па некамерцыйнай невытворнай ліцэнзіі Creative Commons Attribution.Вы не павінны змяняць прадстаўленыя выявы, толькі абразайце іх да патрэбнага памеру.Крэдыты павінны быць выкарыстаны пры капіраванні малюнкаў;Крэдыт "MIT" для малюнкаў, калі не пазначана ніжэй.
Новая тэрмаапрацоўка, распрацаваная ў Масачусецкім тэхналагічным інстытуце, змяняе мікраструктуру 3D-друкаваных металаў, робячы матэрыял больш трывалым і ўстойлівым да экстрэмальных тэмпературных умоў.Гэтая тэхналогія можа дазволіць 3D-друк высокапрадукцыйных лопасцяў і лопасцей для газавых турбін і рэактыўных рухавікоў, якія выпрацоўваюць электрычнасць, што дазваляе ствараць новыя канструкцыі для зніжэння спажывання паліва і энергаэфектыўнасці.
Сучасныя лопасці газавых турбін вырабляюцца з выкарыстаннем традыцыйнага працэсу ліцця, пры якім расплаўлены метал разліваецца ў складаныя формы і накіравана застывае.Гэтыя кампаненты зроблены з адных з самых тэрмаўстойлівых металічных сплаваў на планеце, паколькі яны прызначаны для кручэння на высокіх хуткасцях у надзвычай гарачых газах, здабываючы працу для вытворчасці электраэнергіі на электрастанцыях і забяспечваючы цягу для рэактыўных рухавікоў.
Расце цікавасць да вытворчасці лапатак турбін з дапамогай 3D-друку, што, акрамя экалагічных і эканамічных пераваг, дазваляе вытворцам хутка вырабляць лопасці з больш складанай і энергаэфектыўнай геаметрыяй.Але намаганні па 3D-друку лапатак турбіны яшчэ не пераадолелі адну вялікую перашкоду: паўзучасць.
У металургіі пад паўзучасцю разумеюць тэндэнцыю металу незваротна дэфармавацца пад дзеяннем пастаяннага механічнага ўздзеяння і высокай тэмпературы.У той час як даследчыкі вывучалі магчымасць друку лопасцяў турбін, яны выявілі, што ў працэсе друку ўтвараюцца дробныя збожжа памерам ад дзесяткаў да сотняў мікраметраў - мікраструктура, якая асабліва схільная да паўзучасці.
«На практыцы гэта азначае, што газавая турбіна будзе мець меншы тэрмін службы або будзе менш эканамічнай», - сказаў Захары Кардэра, прафесар Boeing аэракасмічнай прамысловасці Масачусецкага тэхналагічнага інстытута.«Гэта дарагія дрэнныя вынікі».
Кардэра і яго калегі знайшлі спосаб палепшыць структуру 3D-друкаваных сплаваў, дадаўшы дадатковы этап тэрмічнай апрацоўкі, які ператварае дробныя збожжа надрукаванага матэрыялу ў больш буйныя «слупковыя» збожжа - больш моцную мікраструктуру, якая мінімізуе патэнцыял паўзучасці матэрыялу.матэрыял, таму што «слупы» выраўнаваны па восі максімальнага напружання.Падыход, выкладзены сёння ў адытыўнай вытворчасці, адкрывае шлях для прамысловага 3D-друку лопасцей газавых турбін, кажуць даследчыкі.
«У найбліжэйшай будучыні мы чакаем, што вытворцы газавых турбін будуць друкаваць свае лопасці на буйнамаштабных прадпрыемствах па вытворчасці дабавак, а затым апрацоўваць іх з дапамогай нашай тэрмічнай апрацоўкі», — сказаў Кардэра.«3D-друк дазволіць выкарыстоўваць новыя архітэктуры астуджэння, якія могуць павялічыць цеплавую эфектыўнасць турбін, дазваляючы ім вырабляць аднолькавую колькасць энергіі, спальваючы пры гэтым менш паліва і, у канчатковым выніку, выкідваючы менш вуглякіслага газу».
У суаўтарстве з даследаваннем Кардэра выступілі вядучыя аўтары Дамінік Пічы, Крыстафер Картэр і Андрэс Гарсія-Хіменэс з Масачусецкага тэхналагічнага інстытута, Ануграхапрадха Мукундан і Мары-Агата Шарпан з Універсітэта Ілінойса ў Урбана-Шампейн і Донаван Леанард з Оўк Рыджская нацыянальная лабараторыя.
Новы метад каманды - гэта форма накіраванай рэкрышталізацыі, тэрмічнай апрацоўкі, якая перамяшчае матэрыял праз гарачую зону з дакладна кантраляванай хуткасцю, зліваючы мноства мікраскапічных зерняў матэрыялу ў больш буйныя, трывалыя і аднастайныя крышталі.
Накіраваная рэкрышталізацыя была вынайдзена больш за 80 гадоў таму і прыменена да матэрыялаў, якія дэфармуюцца.У сваім новым даследаванні каманда Масачусецкага тэхналагічнага інстытута прымяніла накіраваную рэкрышталізацыю да надрукаваных на 3D звышсплаваў.
Каманда пратэставала гэты метад на 3D-друкаваных суперсплавах на аснове нікеля, металах, якія звычайна адліваюцца і выкарыстоўваюцца ў газавых турбінах.У серыі эксперыментаў даследчыкі змясцілі 3D-друкаваныя ўзоры стрыжнепадобных суперсплавов ў вадзяную лазню пакаёвай тэмпературы непасрэдна пад індукцыйнай шпулькай.Яны павольна выцягвалі кожны стрыжань з вады і прапускалі яго праз катушку з рознай хуткасцю, значна награваючы стрыжні да тэмператур у дыяпазоне ад 1200 да 1245 градусаў Цэльсія.
Яны выявілі, што выцягванне стрыжня з пэўнай хуткасцю (2,5 міліметра ў гадзіну) і пры пэўнай тэмпературы (1235 градусаў па Цэльсіі) стварае круты градыент тэмпературы, які выклікае пераход у дробназярністай мікраструктуры носьбіта для друку.
«Матэрыял пачынаецца як дробныя часціцы з дэфектамі, якія называюцца дыслакацыямі, як зламаныя спагецці», - растлумачыў Кардэра.«Калі вы награваеце матэрыял, гэтыя дэфекты знікаюць і аднаўляюцца, і збожжа можа расці.збожжа, паглынаючы дэфектны матэрыял і больш дробныя збожжа - працэс, які называецца рэкрышталізацыяй».
Пасля астуджэння тэрмічнаму апрацаваных стрыжняў даследчыкі даследавалі іх мікраструктуру з дапамогай аптычнага і электроннага мікраскопаў і выявілі, што ўдрукаваныя мікраскапічныя збожжа матэрыялу былі заменены на «слупковыя» збожжа або доўгія, падобныя на крышталь вобласці, якія былі значна большымі за першапачатковыя. збожжа..
«Мы цалкам рэструктурызавалі», - сказаў вядучы аўтар Дамінік Піч.«Мы паказваем, што мы можам павялічыць памер зерня на некалькі парадкаў, каб сфармаваць вялікую колькасць столбчатых зерняў, што тэарэтычна павінна прывесці да значнага паляпшэння ўласцівасцей паўзучасці».
Каманда таксама паказала, што яны могуць кантраляваць хуткасць выцягвання і тэмпературу ўзораў стрыжняў для тонкай налады растучых зерняў матэрыялу, ствараючы вобласці з пэўным памерам зерняў і арыентацыяй.Такі ўзровень кантролю можа дазволіць вытворцам друкаваць лопасці турбін з мікраструктурамі, прыстасаванымі да месца, якія можна адаптаваць да пэўных умоў працы, кажа Кардэра.
Cordero плануе праверыць тэрмічную апрацоўку дэталяў, надрукаваных на 3D, бліжэй да лапатак турбіны.Каманда таксама шукае спосабы паскорыць трываласць на расцяжэнне, а таксама праверыць устойлівасць да паўзучасці тэрмічнаму апрацаваных канструкцый.Затым яны мяркуюць, што тэрмічная апрацоўка можа дазволіць практычнае прымяненне 3D-друку для вытворчасці лопасцяў турбін прамысловага класа з больш складанай формай і ўзорамі.
«Новыя лопасці і геаметрыя лопасцяў зробяць наземныя газавыя турбіны і, у канчатковым выніку, авіяцыйныя рухавікі больш энергаэфектыўнымі», — сказаў Кардэра.«З базавай пункту гледжання, гэта можа паменшыць выкіды CO2 за кошт павышэння эфектыўнасці гэтых прылад».
Час публікацыі: 15 лістапада 2022 г
