Bezpeļņas organizācijas, plašsaziņas līdzekļi un sabiedrība var lejupielādēt attēlus no MIT Preses biroja tīmekļa vietnes saskaņā ar Creative Commons Attribution nekomerciālu, neatvasinātu licenci.Sniegtos attēlus nedrīkst modificēt, tikai apgriezt tos līdz pareizajam izmēram.Kopējot attēlus, jāizmanto kredītpunkti;“MIT” kredīts attēliem, ja vien tālāk nav norādīts.
MIT izstrādātā jauna termiskā apstrāde maina 3D drukāto metālu mikrostruktūru, padarot materiālu stiprāku un izturīgāku pret ekstremāliem termiskiem apstākļiem.Šī tehnoloģija varētu nodrošināt augstas veiktspējas lāpstiņu un lāpstiņu 3D drukāšanu gāzes turbīnām un reaktīvajiem dzinējiem, kas ģenerē elektrību, ļaujot jauniem dizainiem samazināt degvielas patēriņu un energoefektivitāti.
Mūsdienu gāzturbīnu lāpstiņas tiek izgatavotas, izmantojot tradicionālu liešanas procesu, kurā izkausētu metālu ielej sarežģītās formās un virza sacietē.Šīs sastāvdaļas ir izgatavotas no dažiem karstumizturīgākajiem metālu sakausējumiem uz planētas, jo tie ir paredzēti, lai grieztos lielā ātrumā ārkārtīgi karstās gāzēs, iegūstot darbu, lai ražotu elektroenerģiju spēkstacijās un nodrošinātu reaktīvo dzinēju vilci.
Pieaug interese par turbīnu lāpstiņu ražošanu, izmantojot 3D drukāšanu, kas papildus vides un ekonomiskajiem ieguvumiem ļauj ražotājiem ātri izgatavot lāpstiņas ar sarežģītāku un energoefektīvāku ģeometriju.Taču pūliņiem 3D drukas turbīnu lāpstiņām vēl ir jāpārvar viens liels šķērslis: šļūde.
Metalurģijā ar šļūde tiek saprasta metāla tendence neatgriezeniski deformēties pastāvīgā mehāniskā spriedzē un augstā temperatūrā.Kamēr pētnieki pētīja turbīnu lāpstiņu drukāšanas iespēju, viņi atklāja, ka drukāšanas procesā veidojas smalki graudi, kuru izmērs svārstās no desmitiem līdz simtiem mikrometru — mikrostruktūra, kas ir īpaši pakļauta šļūdei.
"Praksē tas nozīmē, ka gāzes turbīnai būs īsāks kalpošanas laiks vai tā būs mazāk ekonomiska," sacīja Zakarijs Kordero, Boeing aviācijas un kosmosa profesors MIT."Tie ir dārgi slikti rezultāti."
Cordero un kolēģi ir atraduši veidu, kā uzlabot 3D drukāto sakausējumu struktūru, pievienojot papildu termiskās apstrādes soli, kas apdrukātā materiāla smalkos graudus pārvērš lielākos “kolonnveida” graudos – stiprākā mikrostruktūrā, kas samazina materiāla šļūdes potenciālu.materiāls, jo “stabi” ir saskaņoti ar maksimālā sprieguma asi.Pētnieki saka, ka šodien piedevu ražošanā aprakstītā pieeja paver ceļu rūpnieciskai gāzturbīnu lāpstiņu 3D drukāšanai.
"Mēs sagaidām, ka tuvākajā nākotnē gāzes turbīnu ražotāji izdrukās savas lāpstiņas liela mēroga piedevu ražotnēs un pēc tam tos apstrādās, izmantojot mūsu termisko apstrādi," sacīja Kordero."3D drukāšana ļaus izveidot jaunas dzesēšanas arhitektūras, kas var palielināt turbīnu siltuma efektivitāti, ļaujot tām ražot tādu pašu enerģijas daudzumu, vienlaikus sadedzinot mazāk degvielas un galu galā izdalot mazāk oglekļa dioksīda."
Kordero pētījuma līdzautori bija vadošie autori Dominiks Piči, Kristofers Kārters un Andress Garsija-Džimeness no Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta, Anugrahapradha Mukundan un Marie-Agatha Sharpan no Ilinoisas Universitātes Urbana-Champaign un Donovans Leonards no Oak. Ridžas Nacionālā laboratorija.
Komandas jaunā metode ir virziena pārkristalizācijas veids, termiskā apstrāde, kas pārvieto materiālu caur karstu zonu precīzi kontrolētā ātrumā, sapludinot daudzus materiāla mikroskopiskus graudus lielākos, spēcīgākos, viendabīgākos kristālos.
Virziena rekristalizācija tika izgudrota pirms vairāk nekā 80 gadiem un tika piemērota deformējamiem materiāliem.Savā jaunajā pētījumā MIT komanda ir piemērojusi virzītu pārkristalizāciju 3D drukātiem supersakausējumiem.
Komanda pārbaudīja šo metodi ar 3D drukātiem niķeļa bāzes supersakausējumiem, metāliem, ko parasti lieto un izmanto gāzturbīnās.Eksperimentu sērijā pētnieki ievietoja 3D drukātus stieņveida supersakausējumu paraugus istabas temperatūras ūdens vannā tieši zem indukcijas spoles.Viņi lēnām izvilka katru stieni no ūdens un izlaida to caur spoli ar dažādu ātrumu, ievērojami uzsildot stieņus līdz temperatūrai no 1200 līdz 1245 grādiem pēc Celsija.
Viņi atklāja, ka stieņa vilkšana ar noteiktu ātrumu (2,5 milimetri stundā) un noteiktā temperatūrā (1235 grādi pēc Celsija) rada strauju temperatūras gradientu, kas izraisa pāreju drukas materiāla smalkgraudainajā mikrostruktūrā.
"Materiāls sākas kā mazas daļiņas ar defektiem, ko sauc par dislokācijām, piemēram, salauztiem spageti," paskaidroja Kordero.“Kad jūs karsējat materiālu, šie defekti pazūd un atjaunojas, un graudi var izaugt.graudus, absorbējot bojātu materiālu un mazākus graudus — procesu, ko sauc par pārkristalizāciju.
Pēc termiski apstrādāto stieņu atdzesēšanas pētnieki pārbaudīja to mikrostruktūru, izmantojot optiskos un elektronu mikroskopus un atklāja, ka materiāla iespiestie mikroskopiskie graudi tika aizstāti ar “kolonnveida” graudiņiem vai gariem, kristāliem līdzīgiem reģioniem, kas bija daudz lielāki nekā oriģināls. graudi..
"Mēs pilnībā pārstrukturējāmies," sacīja vadošais autors Dominiks Pīčs."Mēs parādām, ka mēs varam palielināt graudu izmēru par vairākām kārtām, veidojot lielu skaitu kolonnu graudu, kam teorētiski vajadzētu ievērojami uzlabot šļūdes īpašības."
Komanda arī parādīja, ka viņi var kontrolēt stieņu paraugu vilkšanas ātrumu un temperatūru, lai precīzi noregulētu augošos materiāla graudus, radot īpaša graudu izmēra un orientācijas reģionus.Šis kontroles līmenis varētu ļaut ražotājiem drukāt turbīnu lāpstiņas ar vietai raksturīgām mikrostruktūrām, kuras var pielāgot konkrētiem darbības apstākļiem, saka Cordero.
Cordero plāno pārbaudīt 3D drukāto detaļu termisko apstrādi tuvāk turbīnas lāpstiņām.Komanda arī meklē veidus, kā paātrināt stiepes izturību, kā arī pārbauda termiski apstrādātu konstrukciju šļūdes pretestību.Pēc tam viņi spekulē, ka termiskā apstrāde varētu ļaut praktiski pielietot 3D drukāšanu, lai ražotu rūpnieciskas klases turbīnu lāpstiņas ar sarežģītākām formām un rakstiem.
"Jaunie lāpstiņas un lāpstiņu ģeometrija padarīs sauszemes gāzes turbīnas un, visbeidzot, lidmašīnu dzinējus energoefektīvākus," sacīja Kordero."No sākuma perspektīvas tas varētu samazināt CO2 emisijas, uzlabojot šo ierīču efektivitāti."
Izlikšanas laiks: 15. nov. 2022
