Neprofitne organizacije, mediji in javnost lahko prenesejo slike s spletne strani tiskovnega urada MIT pod nekomercialno, neizpeljano licenco Creative Commons Attribution.Predloženih slik ne smete spreminjati, le obrežite jih na pravilno velikost.Pri kopiranju slik je treba uporabiti kredite;Dobropis »MIT« za slike, razen če ni navedeno spodaj.
Nova toplotna obdelava, razvita na MIT, spremeni mikrostrukturo 3D natisnjenih kovin, zaradi česar je material močnejši in bolj odporen na ekstremne toplotne pogoje.Ta tehnologija bi lahko omogočila 3D-tiskanje visoko zmogljivih lopatic in lopatic za plinske turbine in reaktivne motorje, ki proizvajajo elektriko, kar bi omogočilo nove modele za zmanjšanje porabe goriva in energetske učinkovitosti.
Današnje lopatice plinskih turbin so izdelane s tradicionalnim postopkom litja, pri katerem se staljena kovina vlije v kompleksne oblike in usmerjeno strdi.Te komponente so izdelane iz nekaterih najbolj toplotno odpornih kovinskih zlitin na planetu, saj so zasnovane za vrtenje pri visokih hitrostih v izjemno vročih plinih, pridobivanje dela za proizvodnjo električne energije v elektrarnah in zagotavljanje potiska za reaktivne motorje.
Vse več je zanimanja za izdelavo turbinskih lopatic s 3D-tiskom, ki proizvajalcem poleg okoljskih in ekonomskih koristi omogoča hitro izdelavo lopatic z bolj zapleteno in energetsko učinkovitejšo geometrijo.Toda prizadevanja za 3D-tiskanje turbinskih lopatic še niso premagala ene velike ovire: lezenja.
V metalurgiji lezenje razumemo kot težnjo kovine, da se nepovratno deformira pod stalnimi mehanskimi obremenitvami in visoko temperaturo.Medtem ko so raziskovalci raziskovali možnost tiskanja turbinskih lopatic, so ugotovili, da postopek tiskanja proizvaja drobna zrna v velikosti od deset do sto mikrometrov – mikrostruktura, ki je še posebej nagnjena k lezenju.
"V praksi to pomeni, da bo plinska turbina imela krajšo življenjsko dobo ali pa bo manj ekonomična," je dejal Zachary Cordero, Boeingov profesor za vesoljsko industrijo na MIT."To so dragi slabi rezultati."
Cordero in njegovi sodelavci so našli način za izboljšanje strukture 3D natisnjenih zlitin z dodajanjem dodatnega koraka toplotne obdelave, ki fina zrna natisnjenega materiala spremeni v večja "stebričasta" zrna – močnejša mikrostruktura, ki zmanjša možnost lezenja materiala.material, ker so "stebri" poravnani z osjo največje napetosti.Pristop, ki je danes predstavljen v Dodatni proizvodnji, utira pot industrijskemu 3D-tiskanju lopatic plinskih turbin, pravijo raziskovalci.
"V bližnji prihodnosti pričakujemo, da bodo proizvajalci plinskih turbin natisnili svoje lopatice v velikih obratih za proizvodnjo dodatkov in jih nato naknadno obdelali z našo toplotno obdelavo," je dejal Cordero."3D-tiskanje bo omogočilo nove hladilne arhitekture, ki lahko povečajo toplotno učinkovitost turbin in jim omogočijo, da proizvedejo enako količino energije, medtem ko porabijo manj goriva in na koncu izpustijo manj ogljikovega dioksida."
Corderovo študijo so soavtorji vodilni avtorji Dominic Pichi, Christopher Carter in Andres Garcia-Jiménez s Tehnološkega inštituta v Massachusettsu, Anugrahapradha Mukundan in Marie-Agatha Sharpan z Univerze Illinois v Urbana-Champaignu ter Donovan Leonard iz Oaka Nacionalni laboratorij Ridge.
Nova metoda ekipe je oblika usmerjene rekristalizacije, toplotne obdelave, ki premakne material skozi vročo cono z natančno nadzorovano hitrostjo, pri čemer se številna mikroskopska zrna materiala zlijejo v večje, močnejše in bolj enotne kristale.
Usmerjena rekristalizacija je bila izumljena pred več kot 80 leti in uporabljena za deformabilne materiale.V svoji novi študiji je skupina MIT uporabila usmerjeno rekristalizacijo za 3D natisnjene superzlitine.
Ekipa je preizkusila to metodo na 3D natisnjenih superzlitinah na osnovi niklja, kovinah, ki se običajno ulivajo in uporabljajo v plinskih turbinah.V nizu poskusov so raziskovalci postavili 3D-natisnjene vzorce paličastih superzlitin v vodno kopel pri sobni temperaturi neposredno pod indukcijsko tuljavo.Vsako palico so počasi potegnili iz vode in jo z različnimi hitrostmi spustili skozi tuljavo, pri čemer so palice občutno segrele na temperature od 1200 do 1245 stopinj Celzija.
Ugotovili so, da vlečenje palice pri določeni hitrosti (2,5 milimetra na uro) in pri določeni temperaturi (1235 stopinj Celzija) ustvari strm temperaturni gradient, ki sproži prehod v drobnozrnati mikrostrukturi tiskanega medija.
"Material se začne kot majhni delci z napakami, imenovanimi dislokacije, kot zlomljeni špageti," je pojasnil Cordero.»Ko segrejete material, te napake izginejo in se ponovno zgradijo, zrna pa lahko rastejo.zrna z absorbiranjem poškodovanega materiala in manjših zrn – proces, imenovan rekristalizacija.«
Po ohladitvi toplotno obdelanih palic so raziskovalci pregledali njihovo mikrostrukturo z optičnim in elektronskim mikroskopom ter ugotovili, da so vtisnjena mikroskopska zrna materiala nadomestila "stebričasta" zrna ali dolga, kristalom podobna področja, ki so bila veliko večja od prvotnih. zrna..
"Popolnoma smo se prestrukturirali," je povedal glavni avtor Dominic Peach."Pokažemo, da lahko povečamo velikost zrn za več vrst velikosti, da tvorimo veliko število stebričastih zrn, kar bi teoretično moralo voditi do znatnega izboljšanja lastnosti lezenja."
Ekipa je tudi pokazala, da lahko nadzirajo hitrost vleke in temperaturo vzorcev palic, da bi natančno prilagodili rastoča zrna materiala, s čimer bi ustvarili območja specifične velikosti in orientacije zrn.Ta raven nadzora bi lahko proizvajalcem omogočila tiskanje turbinskih lopatic z mikrostrukturami, specifičnimi za lokacijo, ki jih je mogoče prilagoditi posebnim delovnim pogojem, pravi Cordero.
Cordero namerava preizkusiti toplotno obdelavo 3D natisnjenih delov bližje turbinskim lopatkam.Ekipa prav tako išče načine za pospešitev natezne trdnosti in testiranje odpornosti proti lezenju toplotno obdelanih struktur.Nato domnevajo, da bi lahko toplotna obdelava omogočila praktično uporabo 3D-tiskanja za proizvodnjo turbinskih lopatic industrijskega razreda z bolj zapletenimi oblikami in vzorci.
"Z novimi lopaticami in geometrijo lopatic bodo kopenske plinske turbine in navsezadnje tudi letalski motorji bolj energetsko učinkoviti," je dejal Cordero."Z osnovnega vidika bi to lahko zmanjšalo emisije CO2 z izboljšanjem učinkovitosti teh naprav."
Čas objave: 15. nov. 2022
