Härteste Titanlegierung der Welt mithilfe der 3D-Drucktechnologie hergestellt

Wissenschaftler haben durch die Anwendung der 3D-Drucktechnologie auf Titanlegierungen neue Ergebnisse erzielt, wodurch die Festigkeit des Materials verdoppelt und seine potenziellen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt erweitert wurden.

Neue Titanlegierung mit rekordverdächtig hoher Dauerfestigkeit. Foto: iStock

Die Chinesische Akademie der Wissenschaften (CAS) hat den Erfolg einer am 28. Februar in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Forschung detailliert beschrieben. Die Forschung ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen den Wissenschaftlern Zhang Zhenjun und Zhang Zhefeng vom Shenyang Key Laboratory of Materials Science, Institute of Materials Research der CAS, und Robert Ritchie von der University of California, Berkeley. Dem Artikel zufolge wurde die Forschungsidee in China geboren und auch die Materialproben wurden dort hergestellt. Ritchie nahm an der Prozessüberprüfung teil.

Obwohl der 3D-Druck die Fertigung revolutioniert, wird das Verfahren bei der Herstellung von Teilen, die eine hohe Ermüdungsbeständigkeit erfordern, eher begrenzt eingesetzt. Dauerfestigkeit oder Dauerwiderstand ist die Fähigkeit eines Maschinenteils, Ermüdungsschäden wie Zahnradkorrosion und Oberflächenrissen zu widerstehen.

Beim 3D-Metalldruck werden Metallpulver mithilfe von Lasern geschmolzen und in kurzer Zeit in komplexe Formen geschichtet. Dadurch eignet sich dieser Druck ideal für die schnelle Herstellung großer, komplexer Komponenten. Allerdings führt die hohe Hitze, die durch den starken Laserstrahl entsteht, der üblicherweise beim Druckvorgang verwendet wird, zur Bildung von Lufteinschlüssen im Inneren des Teils, was die Leistung der Legierung beeinträchtigt. Diese kleinen Löcher können zu Spannungskonzentrationen führen, die zu vorzeitiger Rissbildung führen und die Lebensdauer des Materials verkürzen.

Um das oben genannte Problem zu lösen, beschloss das Forschungsteam, eine Titanlegierung ohne Poren herzustellen. Sie entwickelten ein Verfahren unter Verwendung von Ti-6Al-4V, einer Titan-Aluminium-Vanadium-Legierung, das die höchste Dauerfestigkeit aller bis dahin bekannten Titanlegierungen erreichte. Laut Zhang Zhenjun beginnt der Prozess mit dem heißen isothermen Pressen, um Luftlöcher zu entfernen, gefolgt von einer schnellen Abkühlung, bevor es zu Veränderungen der inneren Struktur der Legierung kommen kann. Das Verfahren ergibt eine poröse Legierung mit einer um 106 % erhöhten Dauerzugfestigkeit von den herkömmlichen 475 MPa auf 978 MPa und stellt damit einen Weltrekord auf.

Zhang Zhenjun sagte, diese Errungenschaft verspreche zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in Branchen, die leichte Materialien benötigen, wie etwa in der Luft- und Raumfahrt und bei Fahrzeugen mit alternativer Antriebstechnologie. Bisher wurde das Material nur im Prototypenmaßstab hergestellt. Dieser hat die Form einer Hantel und ist an der dünnsten Stelle 3 mm dick, was für die praktische Anwendung zu klein ist. Obwohl sich die Technologie noch im experimentellen Stadium befindet, birgt sie großes Potenzial für die Herstellung komplexer Geräte.

Laut CAS werden zahlreiche Teile der Luft- und Raumfahrtindustrie, darunter die Düsen der NASA-Raketen, die Flugzeugzelle des Kampfjets J-20 und die Treibstoffdüse des chinesischen Flugzeugs C919, mithilfe der 3D-Drucktechnologie hergestellt. Durch die Möglichkeit zur Skalierung werden neue Technologien künftig breiter eingesetzt werden.

An Khang (laut Tech Times )

Quellenlink: https://vnexpress.net/hop-kim-titan-cung-nhat-the-gioi-tao-bang-cong-nghe-in-3d-4717137.html