Tehnologija termičke obrade rekristalizacije

Tanka šipka od 3D štampane superlegure izvlači se iz vodene kupelji i prolazi kroz indukcijsku zavojnicu, gdje se zagrijava na temperaturu koja mijenja njegovu mikrostrukturu, čineći materijal elastičnijim.

Lopatice plinske turbine se obično proizvode tradicionalnim procesima livenja. Proizvođači sipaju rastopljeni metal u složene kalupe, omogućavajući mu da se stvrdne u smjeru, a zatim koriste različite alate za obradu za doradu završnih metalnih dijelova. Oštrice moraju biti u mogućnosti da se vrte velikom brzinom u ekstremno vrućim plinovima kako bi proizvele električnu energiju u elektranama i osigurale potisak za mlazne motore.

Međutim, sve je veći interes za proizvodnju turbinskih lopatica putem 3D printanja, metode koja je ekološki i isplativa i koja omogućava proizvođačima da proizvode složenije i energetski učinkovitije geometrije lopatica. Nažalost, postoji velika prepreka koju treba savladati: puzanje.

Puzanje je sklonost metala da se trajno deformiraju pod stalnim mehaničkim naprezanjem i povišenim temperaturama. Prethodna istraživanja su otkrila da proces 3D štampanja proizvodi fine čestice veličine od desetina do stotina mikrona. Iako je jedva vidljiva golim okom, ova mikrostruktura je posebno podložna puzanju.

"U praktičnom smislu, to znači da će plinske turbine imati kraći vijek trajanja ili će biti manje efikasne u potrošnji goriva", objašnjava Zachary Cordero, Boeingov profesor aeronautike i astronautike na MIT-u.

Kako bi riješili ovaj problem, Cordero i kolege su pronašli način da poboljšaju strukturu 3D printanih legura dodavanjem novog koraka toplinske obrade. Ova metoda transformiše fina zrna štampanog materijala u veća "kolonasta" zrna, čvršću mikrostrukturu koja minimizira puzanje u materijalu. Zrnasti "stubovi" su poravnati sa osom maksimalnog naprezanja.

Autori nove studije tvrde da bi nova metoda termičke obrade mogla revolucionirati industrijsko 3D štampanje lopatica gasnih turbina.

Cordero je rekao: "U bliskoj budućnosti očekujemo da će proizvođači gasnih turbina štampati svoje lopatice i lopatice u velikim pogonima za proizvodnju aditiva, a zatim ih naknadno obraditi pomoću naše termičke obrade. 3D štampa će omogućiti nove arhitekture hlađenja koje će poboljšati termičku efikasnost turbina, čime se proizvodi ista količina električne energije uz sagorijevanje manje goriva i na kraju emituje manje ugljičnog dioksida."

Postavka usmjerene rekristalizacije. Uklonite uzorak iz rashladnog sredstva kroz vruću zonu. Strmi termalni gradijent ispred vruće zone održava visoku gustinu dislokacije što dovodi do fronta rekristalizacije.

​