Najmocniejszy na świecie stop tytanu, stworzony przy użyciu technologii druku 3D.

[reklama_1]

Naukowcy dokonali nowego przełomu, stosując technologię druku 3D do stopów tytanu, co pozwoliło im podwoić wytrzymałość materiału i rozszerzyć jego potencjalne zastosowania w przemyśle lotniczym.

Nowy stop tytanu charakteryzuje się rekordowo wysoką wytrzymałością zmęczeniową. Zdjęcie: iStock — Nowy stop tytanu charakteryzuje się rekordowo wysoką wytrzymałością zmęczeniową. Zdjęcie: *iStock*

Chińska Akademia Nauk (CAS) szczegółowo opisała to osiągnięcie w badaniu opublikowanym w czasopiśmie „Nature” 28 lutego. Badania te są wynikiem współpracy naukowców Zhang Zhenjun i Zhang Zhefeng z Shenyang Materials Science Laboratory w Instytucie Badań Materiałowych CAS oraz Roberta Ritchiego z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Według artykułu, pomysł badawczy narodził się w Chinach, a próbki materiałów również tam powstały. Ritchie brał udział w ocenie procesu.

Chociaż druk 3D zrewolucjonizował produkcję, proces ten jest wykorzystywany w ograniczonym zakresie do wytwarzania części wymagających wysokiej odporności na zmęczenie. Wytrzymałość zmęczeniowa to zdolność części maszyny do przeciwstawiania się uszkodzeniom zmęczeniowym, takim jak wżery w przekładniach i pęknięcia powierzchniowe.

Druk 3D z metalu, który wykorzystuje lasery do topienia proszku metalu i nakładania warstw o złożonych kształtach w krótkim czasie, to doskonała metoda szybkiej produkcji dużych, złożonych elementów. Jednak wysoka temperatura generowana przez silną wiązkę laserową, często stosowaną w procesie drukowania, prowadzi do tworzenia się kieszeni powietrznych wewnątrz elementu, co wpływa na właściwości stopu. Te małe pory mogą stać się centrami nacisku, prowadząc do przedwczesnego pękania i skracając trwałość zmęczeniową materiału.

Aby rozwiązać ten problem, zespół badawczy zdecydował się na wytworzenie porowatego stopu tytanu. Opracowali proces wykorzystujący Ti-6Al-4V, stop tytanu, aluminium i wanadu, który osiągnął najwyższą odporność zmęczeniową spośród znanych dotychczas stopów tytanu. Według Zhanga Zhenjuna, proces rozpoczyna się od prasowania izotermicznego na gorąco w celu wyeliminowania porów, a następnie następuje szybkie chłodzenie, zanim nastąpią jakiekolwiek zmiany w strukturze wewnętrznej stopu. Proces ten zapewnia porowaty stop o wzroście wytrzymałości zmęczeniowej na rozciąganie o 106%, ze standardowej wartości 475 MPa do 978 MPa, co stanowi światowy rekord.

Zhang Zhenjun powiedział, że to osiągnięcie jest obiecujące dla wielu zastosowań w branżach wymagających lekkich materiałów, takich jak przemysł lotniczy i kosmiczny oraz pojazdy napędzane nowymi źródłami energii. Do tej pory nowy materiał został wyprodukowany jedynie w skali prototypowej, przypominającej hantel o najcieńszym punkcie 3 mm – zbyt małej do praktycznego zastosowania. Chociaż technologia ta jest wciąż w fazie eksperymentalnej, ma ogromny potencjał w zakresie produkcji złożonych urządzeń.

Według CAS, wiele komponentów lotniczych, w tym dysze rakiet NASA, szkielet myśliwca J-20 i dysze paliwowe chińskiego samolotu C919, jest produkowanych w technologii druku 3D. Dzięki możliwości skalowania w przyszłości, ta nowa technologia będzie miała szersze zastosowanie.

An Khang (według Tech Times )

Link źródłowy