Замор се односи на појаву материјала који постепено пропада и на крају се ломи под цикличним оптерећењем. За структуре од виталног значаја за безбедност живота, као што су лопатице мотора авиона и стајни трап, перформансе замора су примарни критеријум дизајна. Неизбежне микроскопске поре унутар 3Д-штампаних делова, слично као мехурићи ваздуха у стаклу, могу да постану тачке иницирања пукотина под цикличним стресом, што доводи до прераног квара компоненти. Раније су инжењери обично користили вруће изостатичко пресовање (ХИП) да елиминишу ове поре. Међутим, овај метод је мач-мач са две оштрице: док лечи поре, он такође груби јединствене, фине микроструктуре створене 3Д штампањем, негирајући његове потенцијалне предности. То је класичан случај „избацивања бебе са водом за купање“.
Да ли је могуће елиминисати поре уз очување одличне микроструктуре 3Д штампања? Истраживачки тим је открио „асинхрону“ природу фазне трансформације и раста зрна у 3Д-штампаним легурама титанијума и на основу тога развио иновативни „беспрекорни процес производње адитива“. Срж ове технологије лежи у прецизној контроли термичког циклуса накнадне-обраде: пре него што зрна имају времена да расту, фазна трансформација се брзо завршава и материјал се хлади, чиме се „закључава“ фина, уједначена микроструктура формирана 3Д штампањем.
Резултати су узбудљиви: „беспрекорно штампана“ легура титанијума третирана НАМП технологијом у потпуности елиминише опасне нестопљене шупљине унутар своје структуре, док савршено чува оригиналну фину зрнасту и ламеларну структуру.
Врхунске перформансе: Животни век од умора надмашује све познате легуре титанијума. Још импресивнији су резултати испитивања механичких својстава. Ова "беспрекорна" легура титанијума постиже границу замора од приближно 978 МПа, што је побољшање од 106% у односу на оригинално штампано стање. Још значајније, ова бројка не само да далеко премашује све познате 3Д-штампане легуре титанијума, већ и значајно надмашује легуре титанијума произведене традиционалним процесима ковања, достижући врхунац перформанси замора за сличне материјале. Када су истраживачи упоредили специфичну чврстоћу на замор (однос чврстоће замора и густине, кључну за ваздухопловну индустрију) са различитим инжењерским материјалима, открили су да ова беспрекорна штампана легура титанијума заузима горњи десни угао графикона, надмашујући сав челик, легуре алуминијума, легуре магнезијума, високе{{8}ис9}, чак и високе температуре{8}ис9}, све температуре демонстрирајући огроман потенцијал технологије 3Д штампања у производњи компоненти отпорних на замор{11}.
Зашто су 3Д-одштампане микроструктуре, без шупљина, тако робусне?
Истраживања показују да јединствена ултра{0}}фина ламеларна структура 3Д штампања ефикасно потискује локализоване концентрације оштећења од замора. У традиционалним легурама титанијума, пукотине од замора често се појављују у крупним зрнима или регионима меке фазе, док фина структура 3Д штампања равномерно распршује напон, што отежава покретање и ширење пукотина.
Будућност: Рехабилитација 3Д штампања и отварање нових праваца. Ово истраживање потпуно преокреће наше разумевање перформанси замора 3Д-штампаних материјала. То елоквентно показује да 3Д-штампана микроструктура сама по себи није слабост, већ вредна основа за постизање врхунске отпорности на замор. Право уско грло лежи у недостацима које доноси процес штампања. Овај рад указује на двоструки пут оптимизације за развој технологије 3Д штампања: с једне стране, наставак оптимизације процеса штампања како би се смањиле празнине; са друге стране, активно развијање нових технологија за накнадну{10} обраду за фину контролу микроструктуре. Што је још важније, овај концепт „беспрекорног штампања“ има потенцијал да се прошири на друге системе металних материјала, водећи технологију 3Д штампања у огроман свет-производње структурних компоненти високих перформанси.
Информације о папиру:
Наслов: Висока отпорност на замор у легури титанијума путем 3Д штампања -без празнине-
Часопис: Природа, 2024-02-28
Цитирајте овај чланак
Ку, З., Зханг, З., Лиу, Р. ет ал. Висока отпорност на замор у легури титанијума захваљујући 3Д штампању скоро{4}}без празнина{5}}. Природа 626, 999–1004 (2024).
хттпс://дои.орг/10.1038/с41586-024-07048-1