Tehnologija toplinske obrade rekristalizacijom

Tanka šipka 3D tiskane superlegure izvlači se iz vodene kupelji i prolazi kroz indukcijsku zavojnicu, gdje se zagrijava do temperature koja mijenja njegovu mikrostrukturu, čineći materijal elastičnijim.

Lopatice plinske turbine obično se proizvode tradicionalnim postupcima lijevanja. Proizvođači izlijevaju rastaljeni metal u složene kalupe, dopuštajući mu da se usmjereno skrutne, a zatim koriste razne alate za obradu za dovršavanje konačnih metalnih dijelova. Lopatice se moraju moći okretati velikom brzinom u ekstremno vrućim plinovima kako bi proizvele električnu energiju u elektranama i osigurale potisak za mlazne motore.

Međutim, postoji sve veći interes za proizvodnju turbinskih lopatica putem 3D ispisa, metode koja je ekološki i troškovno učinkovita i omogućuje proizvođačima proizvodnju složenijih i energetski učinkovitijih geometrija lopatica. Nažalost, postoji velika prepreka koju treba savladati: puzanje.

Puzanje je sklonost metala da se trajno deformiraju pod dugotrajnim mehaničkim naprezanjem i povišenim temperaturama. Prethodna istraživanja otkrila su da proces 3D ispisa proizvodi fine čestice veličine od desetaka do stotina mikrona. Iako je jedva vidljiva golim okom, ova mikrostruktura je posebno osjetljiva na puzanje.

"U praktičnom smislu, to znači da će plinske turbine imati kraći radni vijek ili će biti manje učinkovite u potrošnji goriva", objašnjava Zachary Cordero, Boeingov profesor za razvoj karijere za aeronautiku i astronautiku na MIT-u.

Kako bi riješili ovaj problem, Cordero i kolege pronašli su način da poboljšaju strukturu 3D tiskanih legura dodavanjem novog koraka toplinske obrade. Ova metoda pretvara fina zrna tiskanog materijala u veća zrna u "stupu", čvršću mikrostrukturu koja minimizira puzanje u materijalu. "Stupovi" zrna poravnati su s osi najvećeg naprezanja.

Autori nove studije tvrde da bi nova metoda toplinske obrade mogla revolucionirati industrijski 3D ispis lopatica plinskih turbina.

Cordero je rekao: "U bliskoj budućnosti očekujemo da će proizvođači plinskih turbina tiskati svoje lopatice i lopatice u velikim pogonima za proizvodnju aditiva, a zatim ih naknadno obraditi pomoću naše toplinske obrade. 3D ispis omogućit će nove rashladne arhitekture koje će poboljšati toplinsku učinkovitost turbina, čime se proizvodi ista količina električne energije dok se troši manje goriva i na kraju ispušta manje ugljičnog dioksida."

Postavljanje usmjerene rekristalizacije. Uklonite uzorak iz rashladne tekućine kroz vruću zonu. Strmi toplinski gradijent ispred vruće zone održava visoku gustoću dislokacija što dovodi do rekristalizacijske fronte.

​