Найтвердіший у світі титановий сплав створений за допомогою технології 3D-друку

Вчені досягли нових результатів, застосувавши технологію 3D-друку до титанових сплавів, подвоївши довговічність матеріалу та розширивши його потенційне застосування в аерокосмічній галузі.

Новий титановий сплав має рекордно високу міцність на втому. Фото: iStock

Китайська академія наук (КАН) детально описала це досягнення в дослідженні, опублікованому в журналі Nature 28 лютого. Дослідження стало результатом співпраці вчених Чжан Чженьцзюня та Чжан Чжефена з Шеньянської лабораторії матеріалознавства Інституту дослідження матеріалів КАН та Роберта Річі з Каліфорнійського університету в Берклі. Згідно з статтею, ідея дослідження народилася в Китаї, і зразки матеріалів також були створені там. Річі брав участь в оцінці процесу.

Хоча 3D-друк здійснив революцію у виробництві, його використання обмежується виготовленням деталей, які потребують високої стійкості до втоми. Міцність на втому або стійкість до втоми – це здатність деталі машини протистояти пошкодженням від втоми, таким як точкова утворення зубчастих коліс та розтріскування поверхні.

3D-друк металом, який використовує лазери для розплавлення металевого порошку та надання йому складних форм за короткий час, ідеально підходить для швидкого виготовлення великих, складних компонентів. Однак висока температура, що генерується потужними лазерними променями, які зазвичай використовуються під час друку, призводить до утворення повітряних кишень усередині деталі, що може вплинути на характеристики сплаву. Ці маленькі отвори можуть стати джерелом напруги, що призводить до передчасного розтріскування та зменшення терміну служби матеріалу.

Щоб вирішити цю проблему, команда вирішила виготовити безпористий титановий сплав. Вони розробили процес з використанням Ti-6Al-4V, титан-алюміній-ванадієвого сплаву, який досяг найвищої втомної міцності серед усіх відомих титанових сплавів. За словами Чжана Чженьцзюня, процес починається з гарячого ізотермічного пресування для видалення пор, а потім швидкого охолодження, перш ніж можуть відбутися будь-які зміни у внутрішній структурі сплаву. У результаті процесу було отримано безпористий сплав зі збільшенням міцності на розтяг на 106% з типових 475 МПа до 978 МПа, що стало світовим рекордом.

Чжан Чженьцзюнь сказав, що це досягнення є перспективним для застосування в галузях, що потребують легких матеріалів, таких як аерокосмічна промисловість та транспортні засоби на нових джерелах енергії. Поки що матеріал був виготовлений лише в масштабі прототипу у формі гантелі, найтонша частина якого має товщину 3 мм, що занадто мало для практичного застосування. Хоча технологія все ще перебуває на експериментальній стадії, вона має великий потенціал для виробництва складних пристроїв.

За даними CAS, багато деталей аерокосмічної галузі, включаючи сопло ракет NASA, планер винищувача J-20 та паливне сопло китайського літака C919, виготовляються за допомогою технології 3D-друку. Завдяки можливості збільшення масштабів у майбутньому нова технологія буде застосовуватися ширше.

Ан Ханг (за даними Tech Times )

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