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Un novu trattamentu termale sviluppatu in MIT cambia a microstruttura di metalli stampati in 3D, facendu u materiale più forte è più resistente à e cundizioni termali estremi.Sta tecnulugia puderia permette a stampa 3D di pale è pale d'altu rendimentu per turbine di gas è mutori di jet chì generanu elettricità, permettendu novi disinni per riduce u cunsumu di carburante è l'efficienza energetica.
I pale di turbine di gas d'oghje sò fatti cù un prucessu di casting tradiziunale in quale u metalu fusu hè versatu in forme cumplesse è solidificatu direzzione.Questi cumpunenti sò fatti da alcune di e leghe metalliche più resistenti à u calore di u pianeta, postu chì sò pensati per spinà à alta velocità in gasi estremamente caldi, estrattendu u travagliu per generà l'electricità in e centrali elettriche è furnisce spinta per i mutori di jet.
Ci hè un interessu crescente in a produzzione di pale di turbine cù stampa 3D, chì, in più di benefici ambientali è ecunomichi, permette à i pruduttori di pruduce rapidamente pale cù geometrii più cumplessi è efficienti in energia.Ma i sforzi per stampà in 3D e pale di turbine ùn anu ancu superatu un grande ostaculu: creep.
In metallurgia, u creep hè intesu cum'è a tendenza di un metallu à deformi irreversibilmente sottu stress meccanicu constantu è alta temperatura.Mentre i circadori anu esploratu a pussibilità di stampà pale di turbine, anu truvatu chì u prucessu di stampa produce grani fini chì varienu in grandezza da decine à centinaie di micrometri - una microstruttura chì hè particularmente propensa à creep.
"In pratica, questu significa chì a turbina di gas hà una vita più corta o esse menu ecunomica", disse Zachary Cordero, prufissore di aerospaziale di Boeing in MIT."Questi sò risultati cattivi costosi".
Cordero è i culleghi anu truvatu un modu per migliurà a struttura di leghe stampate in 3D aghjustendu un passu di trattamentu termicu supplementu chì trasforma i grani fini di u materiale stampatu in grani "columnari" più grandi - una microstruttura più forte chì minimizza u putenziale di scorrimentu di u materiale.materiale perchè i "pilastri" sò allinati cù l'assi di u massimu stress.L'approcciu delineatu oghje in Additive Manufacturing apre a strada per a stampa industriale 3D di pale di turbine di gas, dicenu i circadori.
"In un futuru vicinu, aspittemu chì i pruduttori di turbine à gas imprimanu e so lame in impianti di fabricazione additiva à grande scala è poi li post-processanu cù u nostru trattamentu termicu", disse Cordero."A stampa 3D permetterà novi architetture di rinfrescamentu chì ponu aumentà l'efficienza termica di e turbine, chì li permettenu di pruduce a stessa quantità di putenza mentre brusgianu menu carburante è, infine, emettenu menu diossidu di carbonu".
U studiu di Cordero hè statu coautore di l'autori principali Dominic Pichi, Christopher Carter è Andres Garcia-Jiménez di l'Istitutu di Tecnulugia di Massachusetts, Anugrahapradha Mukundan è Marie-Agatha Sharpan di l'Università di Illinois à Urbana-Champaign, è Donovan Leonard di l'Oak. Laboratoriu Naziunale di Ridge.
U novu metudu di a squadra hè una forma di recristallizazione direzzione, un trattamentu termale chì move u materiale attraversu una zona calda à un ritmu cuntrullatu precisamente, fusione parechji grani microscòpichi di u materiale in cristalli più grande, più forte è più uniformi.
A recristallizazione direzzione hè stata inventata più di 80 anni fà è appiicata à i materiali deformabili.In u so novu studiu, una squadra di u MIT hà applicatu a recristallizazione diretta à superligamenti stampati in 3D.
A squadra hà pruvatu stu metudu nantu à superligamenti di nichel stampati in 3D, metalli cumunimenti fusi è usati in turbine di gas.In una seria di esperimenti, i circadori pusonu campioni stampati in 3D di superalloys simili à bastone in un bagnu d'acqua à a temperatura di l'ambienti direttamente sottu à una bobina d'induzione.Lentamente tiravanu ogni bastone fora di l'acqua è u passavanu à traversu una bobina à diverse velocità, scaldendu significativamente i bastoni à temperature chì varianu da 1200 à 1245 gradi Celsius.
Anu trovu chì tirà u bastone à una certa velocità (2,5 millimetri per ora) è à una certa temperatura (1235 gradi Celsius) crea un gradiente di temperatura ripida chì provoca una transizione in a microstruttura fine di a stampa.
"U materiale principia cum'è picculi particelle cù difetti chjamati dislocazioni, cum'è spaghetti rotti", spiega Cordero."Quandu scaldate u materiale, sti difetti spariscenu è ricustruiscenu, è i grani ponu cresce.grani assorbendu materiale difettu è grani più chjuchi - un prucessu chjamatu recristallizazione ".
Dopu à rinfriscà i bastoni trattati termicamente, i circadori anu esaminatu a so microstruttura cù microscopi ottici è elettronichi è truvaru chì i grani microscòpichi stampati di u materiale sò stati rimpiazzati da grani "colonnari", o regioni longu, cum'è cristalli chì eranu assai più grande di l'uriginale. grani..
"Avemu completamente ristrutturati", hà dettu l'autore principale Dominic Peach."Avemu dimustratu chì pudemu aumentà a dimensione di granu da parechji ordini di grandezza per furmà un gran numaru di grani colonnari, chì teoricamente duverebbe purtà à una mellura significativa in e proprietà di creep".
A squadra hà ancu dimustratu ch'elli puderanu cuntrullà a rata di pull è a temperatura di i campioni di bastone per affinà i grani crescente di u materiale, creendu regioni di grandezza di granu specifica è orientazione.Stu livellu di cuntrollu puderia permette à i pruduttori di stampà pale di turbine cù microstrutture specifiche di u situ chì ponu esse adattate à e cundizioni operative specifiche, Cordero dice.
Cordero pensa à pruvà u trattamentu termicu di e parti stampate in 3D più vicinu à e pale di turbine.A squadra sta ancu cercandu modi per accelerà a forza di trazione è di pruvà a resistenza di scorrimentu di strutture trattate termicamente.Allora speculanu chì u trattamentu termale puderia permette l'applicazione pratica di a stampa 3D per pruduce pale di turbine di qualità industriale cù forme è mudelli più cumplessi.
"I novi pale è a geometria di pale farà chì e turbine di gas terrestri è, in ultimamente, i mutori di l'aeronautica sò più efficienti energetichi", disse Cordero."Da una perspettiva di basa, questu puderia riduce l'emissioni di CO2 migliurà l'efficienza di questi dispositi".
Tempu di Postu: Nov-15-2022
