Cel mai dur aliaj de titan din lume, creat folosind tehnologia de imprimare 3D

Oamenii de știință au obținut noi rezultate prin aplicarea tehnologiei de imprimare 3D pe aliaje de titan, dublând durabilitatea materialului și extinzându-i potențialele aplicații în industria aerospațială.

Noul aliaj de titan are o rezistență record la oboseală. Foto: iStock — Noul aliaj de titan are o rezistență record la oboseală. Foto: *iStock*

Academia Chineză de Științe (CAS) a detaliat realizarea într-un studiu publicat în revista Nature pe 28 februarie. Cercetarea a fost rezultatul unei colaborări între oamenii de știință Zhang Zhenjun și Zhang Zhefeng de la Laboratorul de Știința Materialelor din Shenyang al Institutului de Cercetare a Materialelor din cadrul CAS și Robert Ritchie de la Universitatea din California, Berkeley. Potrivit lucrării, ideea cercetării s-a născut în China, iar mostrele de material au fost create tot acolo. Ritchie a participat la evaluarea procesului.

Deși imprimarea 3D a revoluționat industria prelucrătoare, utilizarea sa este limitată la fabricarea pieselor care necesită o rezistență ridicată la oboseală. Rezistența la oboseală sau rezistența la oboseală este capacitatea unei piese de mașină de a rezista la deteriorări prin oboseală, cum ar fi coroziunea angrenajelor și fisurarea suprafeței.

Imprimarea 3D a metalelor, care utilizează lasere pentru a topi pulberea metalică și a o stratifica în forme complexe într-un timp scurt, este perfectă pentru fabricarea rapidă a componentelor mari și complexe. Cu toate acestea, căldura ridicată generată de fasciculele laser puternice utilizate de obicei în timpul imprimării duce la formarea de pungi de aer în interiorul piesei, ceea ce poate afecta performanța aliajului. Aceste găuri mici pot deveni o sursă de stres, ducând la fisuri premature, reducând durata de viață la oboseală a materialului.

Pentru a rezolva această problemă, echipa a decis să producă un aliaj de titan fără pori. Au dezvoltat un proces folosind Ti-6Al-4V, un aliaj de titan-aluminiu-vanadiu, care a atins cea mai mare rezistență la oboseală dintre toate aliajele de titan cunoscute. Potrivit lui Zhang Zhenjun, procesul începe cu o operațiune de presare izotermă la cald pentru a îndepărta porii, urmată de o răcire rapidă înainte de a putea apărea orice modificări ale structurii interne a aliajului. Procesul a dus la un aliaj fără pori cu o creștere de 106% a rezistenței la oboseală la tracțiune, de la 475 MPa tipic la 978 MPa, stabilind un record mondial .

Zhang Zhenjun a declarat că această realizare este promițătoare pentru aplicații în industriile care necesită materiale ușoare, cum ar fi industria aerospațială și vehiculele cu energie nouă. Până în prezent, materialul a fost produs doar la scara unui prototip în formă de ganteră, cu cea mai subțire parte măsurând 3 mm, prea mică pentru aplicații practice. Deși tehnologia este încă în stadiul experimental, are un mare potențial pentru fabricarea de dispozitive complexe.

Conform CAS, multe componente aerospațiale, inclusiv duza rachetelor NASA, fuselajul avionului de vânătoare J-20 și duza de combustibil a aeronavei chineze C919, sunt fabricate folosind tehnologia de imprimare 3D. Având capacitatea de a crește scara în viitor, noua tehnologie va fi aplicată pe scară mai largă.

An Khang (conform Tech Times )

Legătură sursă