Nuovargis reiškia reiškinį, kai medžiagos palaipsniui blogėja ir galiausiai lūžta veikiant ciklinei apkrovai. Gyvybės saugai svarbių konstrukcijų, tokių kaip orlaivių variklių mentės ir važiuoklės, nuovargio charakteristikos yra pagrindinis projektavimo kriterijus. Neišvengiamos mikroskopinės poros 3D-atspausdintose dalyse, panašiai kaip oro burbuliukai stikle, veikiant cikliniam įtempimui, gali tapti plyšių pradžios taškais, todėl komponentai gali sugesti prieš laiką. Anksčiau inžinieriai paprastai naudojo karštą izostatinį presavimą (HIP), kad pašalintų šias poras. Tačiau šis metodas yra dviašmenis kardas: gydydamas poras, jis taip pat sutrumpina unikalias smulkias mikrostruktūras, sukurtas naudojant 3D spausdinimą, o tai paneigia galimus jo pranašumus. Tai klasikinis „kūdikio išmetimas kartu su vonios vandeniu“ atvejis.
Ar įmanoma pašalinti poras išsaugant puikią 3D spausdinimo mikrostruktūrą? Tyrėjų komanda atrado „asinchroninį“ fazių transformacijos ir grūdelių augimo pobūdį 3D-spausdintuose titano lydiniuose ir, remdamasi tuo, sukūrė naujovišką „nepriekaištingą priedų gamybos procesą“. Šios technologijos esmė yra tiksliai kontroliuoti tolesnio apdorojimo terminį -ciklą: kol grūdai nespėja užaugti, greitai baigiama fazinė transformacija ir medžiaga atšaldoma, taip „užfiksuojant“ smulkią, vienodą mikrostruktūrą, suformuotą 3D spausdinimo būdu.
Rezultatai džiugina: „nepriekaištingai atspausdintas“ titano lydinys, apdorotas NAMP technologija, visiškai pašalina pavojingas nesusiliejusias tuštumas jo struktūroje, tuo pačiu puikiai išsaugodamas originalią smulkiagrūdę ir sluoksninę struktūrą.
Didžiausias našumas: Nuovargis pranoksta visus žinomus titano lydinius. Dar įspūdingesni yra mechaninių savybių testų rezultatai. Šis „nepriekaištingas“ titano lydinys pasiekia maždaug 978 MPa nuovargio ribą, o tai 106 % geresnis, palyginti su pradine spausdinimo būsena. Pažymėtina, kad šis skaičius ne tik gerokai viršija visus žinomus 3D{6}}spausdintus titano lydinius, bet ir gerokai lenkia titano lydinius, pagamintus taikant tradicinius kalimo procesus, pasiekdamas aukščiausią panašių medžiagų atsparumo nuovargiui lygį. Kai tyrėjai palygino specifinį nuovargio stiprumą (nuovargio stiprio ir tankio santykį, labai svarbų aviacijos ir kosmoso pramonei) su įvairiomis inžinerinėmis medžiagomis, jie nustatė, kad šis nepriekaištingai atspausdintas titano lydinys užėmė viršutinį dešinįjį diagramos kampą, pranokdamas visus plieną, aliuminio lydinius, magnio lydinius, aukštą{8}}temperatūros ir aukštą tropinius lydinius, lydinius. milžiniškas 3D spausdinimo technologijos potencialas gaminant{11}}nuovargiui atsparius komponentus.
Kodėl 3D-spausdintos mikrostruktūros, kuriose nėra tuštumų, yra tokios tvirtos?
Tyrimai rodo, kad unikali itin{0}}smulki 3D spausdinimo plokščių struktūra veiksmingai slopina vietines nuovargio žalos koncentracijas. Tradiciniuose titano lydiniuose nuovargio įtrūkimai dažnai atsiranda stambių grūdelių arba minkštųjų fazių srityse, o smulki 3D spausdinimo struktūra tolygiai išsklaido įtampą, todėl sunku susidaryti ir plisti.
Ateities perspektyva: 3D spausdinimo atkūrimas ir naujų krypčių atidarymas. Šis tyrimas visiškai paneigia mūsų supratimą apie 3D-spausdintų medžiagų nuovargį. Tai iškalbingai parodo, kad pati 3D-spausdinta mikrostruktūra nėra silpnybė, o veikiau vertingas pagrindas norint pasiekti didesnį atsparumą nuovargiui. Tikroji kliūtis slypi dėl spausdinimo proceso atsiradusių defektų. Šis darbas nurodo dvigubą optimizavimo kelią 3D spausdinimo technologijos plėtrai: viena vertus, toliau optimizuoti spausdinimo procesą, kad būtų sumažintos tuštumos; kita vertus, aktyviai kuria naujas{10}}postinio apdorojimo technologijas, skirtas tiksliai valdyti mikrostruktūrą. Dar svarbiau, kad ši „nepriekaištingo spausdinimo“ sąvoka gali būti išplėsta įtraukiant kitas metalinių medžiagų sistemas, todėl 3D spausdinimo technologija pateks į didžiulį didelio našumo konstrukcinių komponentų gamybos pasaulį.
Popierinė informacija:
Pavadinimas: Didelis titano lydinio atsparumas nuovargiui naudojant beveik -tuščią-nemokamą 3D spausdinimą
Žurnalas: Gamta, 2024-02-28
Cituokite šį straipsnį
Qu, Z., Zhang, Z., Liu, R. ir kt. Didelis titano lydinio atsparumas nuovargiui dėl beveik -tuščios-nemokamo 3D spausdinimo. Nature 626, 999–1004 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07048-1