Världens hårdaste titanlegering skapad med 3D-utskriftsteknik

[annons_1]

Forskare har uppnått nya resultat genom att tillämpa 3D-utskriftsteknik på titanlegeringar, vilket fördubblar materialets hållbarhet och utökar dess potentiella tillämpningar inom flyg- och rymdteknik.

Ny titanlegering har rekordhög utmattningshållfasthet. Foto: iStock — Ny titanlegering har rekordhög utmattningshållfasthet. Foto: *iStock*

Den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) beskrev prestationen i detalj i en studie som publicerades i tidskriften Nature den 28 februari. Forskningen var resultatet av ett samarbete mellan forskarna Zhang Zhenjun och Zhang Zhefeng från Shenyang Laboratory of Materials Science vid Institute of Materials Research of CAS och Robert Ritchie vid University of California, Berkeley. Enligt artikeln föddes forskningsidén i Kina och materialproverna skapades också där. Ritchie deltog i utvärderingen av processen.

Även om 3D-utskrift har revolutionerat tillverkningen är dess användning begränsad till tillverkning av delar som kräver hög utmattningsbeständighet. Utmattningshållfasthet eller utmattningsbeständighet är en maskindels förmåga att motstå utmattningsskador såsom gropfrätning och ytsprickbildning.

Metall-3D-utskrift, som använder lasrar för att smälta metallpulver och lager-för-lagera det till komplexa former på kort tid, är perfekt för att snabbt tillverka stora, komplexa komponenter. Den höga värmen som genereras av de kraftfulla laserstrålarna som vanligtvis används under utskrift leder dock till bildandet av luftfickor inuti delen, vilket kan påverka legeringens prestanda. Dessa små hål kan bli en källa till stress, vilket leder till för tidig sprickbildning och minskar materialets utmattningstid.

För att lösa detta problem bestämde sig teamet för att producera en porfri titanlegering. De utvecklade en process med Ti-6Al-4V, en titan-aluminium-vanadinlegering, som uppnådde den högsta utmattningshållfastheten av alla kända titanlegeringar. Enligt Zhang Zhenjun börjar processen med en varm isotermisk pressningsoperation för att avlägsna porerna, följt av snabb kylning innan några förändringar i legeringens inre struktur kan ske. Processen resulterade i en porfri legering med en ökning av dragutmattningshållfastheten på 106 %, från typiska 475 MPa till 978 MPa, vilket satte ett världsrekord .

Zhang Zhenjun sa att prestationen är lovande för tillämpningar inom industrier som kräver lättviktsmaterial, såsom flyg- och rymdfarkoster och fordon för ny energi. Hittills har materialet bara producerats i skala av en hantelformad prototyp där den tunnaste delen mäter 3 mm, för liten för praktiska tillämpningar. Även om tekniken fortfarande är i experimentstadiet har den stor potential för att tillverka komplexa enheter.

Enligt CAS tillverkas många flyg- och rymdkomponenter, inklusive munstycket på NASA-raketer, skrovet på stridsflygplanet J-20 och bränslemunstycket på Kinas C919-flygplan, med hjälp av 3D-utskriftsteknik. Med möjligheten att öka skalan i framtiden kommer den nya tekniken att tillämpas i större utsträckning.

An Khang (enligt Tech Times )

[annons_2]
Källänk