Najtwardszy na świecie stop tytanu stworzony przy użyciu technologii druku 3D

[reklama_1]

Naukowcy osiągnęli nowe wyniki, stosując technologię druku 3D do stopów tytanu, co pozwoliło podwoić trwałość materiału i rozszerzyć jego potencjalne zastosowania w lotnictwie i kosmonautyce.

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) opisała to osiągnięcie w badaniu opublikowanym w czasopiśmie „Nature” 28 lutego. Badania były wynikiem współpracy naukowców Zhang Zhenjun i Zhang Zhefeng z Shenyang Laboratory of Materials Science 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, jego zastosowanie ogranicza się 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, idealnie nadaje się do szybkiej produkcji dużych, złożonych elementów. Jednak wysokie ciepło generowane przez silne wiązki laserowe, zazwyczaj stosowane podczas drukowania, prowadzi do tworzenia się kieszeni powietrznych wewnątrz elementu, co może wpływać na właściwości stopu. Te małe otwory mogą stać się źródłem naprężeń, prowadząc do przedwczesnego pękania, a tym samym skracając trwałość zmęczeniową materiału.

Aby rozwiązać ten problem, zespół postanowił wyprodukować bezporowy stop tytanu. Opracowali proces wykorzystujący Ti-6Al-4V, stop tytanu, aluminium i wanadu, który osiągnął najwyższą wytrzymałość zmęczeniową spośród wszystkich znanych stopów tytanu. Według Zhang Zhenjun, proces rozpoczyna się od gorącego prasowania izotermicznego w celu usunięcia porów, a następnie następuje szybkie chłodzenie, zanim nastąpią jakiekolwiek zmiany w strukturze wewnętrznej stopu. W wyniku tego procesu uzyskano bezporowy stop o 106% wzroście wytrzymałości zmęczeniowej na rozciąganie, z typowych 475 MPa do 978 MPa, co stanowi rekord świata .

Zhang Zhenjun powiedział, że osiągnięcie to rokuje nadzieje na zastosowanie w branżach wymagających lekkich materiałów, takich jak przemysł lotniczy i kosmiczny oraz pojazdy napędzane nowymi źródłami energii. Jak dotąd materiał ten został wyprodukowany jedynie w skali prototypu w kształcie hantli, którego najcieńsza część ma 3 mm grubości – zbyt małej do praktycznych zastosowań. Chociaż technologia ta jest wciąż w fazie eksperymentalnej, ma ogromny potencjał w zakresie produkcji złożonych urządzeń.

Według CAS wiele części lotniczych, w tym dysza rakiet NASA, płatowiec myśliwca J-20 i dysza paliwowa chińskiego samolotu C919, jest wytwarzanych w technologii druku 3D. Dzięki możliwości zwiększenia skali w przyszłości, nowa technologia będzie miała szersze zastosowanie.

An Khang (według Tech Times )

Link źródłowy