Коммерциялық емес ұйымдар, бұқаралық ақпарат құралдары және жұртшылық MIT баспасөз қызметінің веб-сайтынан Creative Commons Attribution коммерциялық емес, туынды емес лицензиясы бойынша суреттерді жүктей алады.Берілген кескіндерді өзгертпеу керек, тек дұрыс өлшемге дейін қию керек.Суреттерді көшіру кезінде несиелер қолданылуы керек;Төменде көрсетілмесе, суреттер үшін «MIT» несиесі.
MIT-те жасалған жаңа термиялық өңдеу 3D басып шығарылған металдардың микроқұрылымын өзгертіп, материалды күштірек және төтенше термиялық жағдайларға төзімді етеді.Бұл технология электр қуатын өндіретін газ турбиналары мен реактивті қозғалтқыштарға арналған жоғары өнімді қалақтарды және қалақтарды 3D басып шығаруға мүмкіндік беріп, отын шығынын және энергия тиімділігін төмендетуге арналған жаңа дизайнға мүмкіндік береді.
Бүгінгі газ турбиналық қалақтары балқытылған металды күрделі пішіндерге құйып, бағытты түрде қатайтатын дәстүрлі құю процесі арқылы жасалады.Бұл компоненттер планетадағы ең ыстыққа төзімді металл қорытпаларынан жасалған, өйткені олар өте ыстық газдарда жоғары жылдамдықта айналдыруға, электр станцияларында электр энергиясын өндіруге және реактивті қозғалтқыштардың күшін қамтамасыз етуге арналған.
3D басып шығаруды пайдалана отырып, турбиналық қалақтарды өндіруге қызығушылық артып келеді, бұл экологиялық және экономикалық тиімділіктен басқа, өндірушілерге күрделі және энергияны үнемдейтін геометриялы қалақтарды жылдам шығаруға мүмкіндік береді.Бірақ турбиналық қалақтарды 3D басып шығаруға күш салу әлі бір үлкен кедергіні жеңе алмады: сусымалы.
Металлургияда сусымалы деп металдың тұрақты механикалық кернеу мен жоғары температура кезінде қайтымсыз деформацияға бейімділігі түсініледі.Зерттеушілер турбиналық қалақтарды басып шығару мүмкіндігін зерттеп жатқанда, басып шығару процесі ондаған микрометрден жүздеген микрометрге дейінгі ұсақ түйіршіктерді, әсіресе сусылуға бейім микроқұрылымды шығаратынын анықтады.
«Тәжірибеде бұл газ турбинасының қызмет ету мерзімі қысқарады немесе үнемді болмайтынын білдіреді», - деді Захари Кордеро, MIT аэроғарыш саласындағы Boeing профессоры.«Бұл қымбатқа түсетін жаман нәтижелер».
Кордеро мен оның әріптестері басып шығарылған материалдың ұсақ түйіршіктерін үлкенірек «бағаналық» түйіршіктерге айналдыратын қосымша термиялық өңдеу қадамын қосу арқылы 3D басып шығарылған қорытпалардың құрылымын жақсартудың жолын тапты – материалдың сусымалы әлеуетін барынша азайтатын күшті микроқұрылым.материал, себебі «тіректер» максималды кернеу осімен тураланған.Бүгінгі күні Additive Manufacturing-те көрсетілген тәсіл газ турбиналық қалақтарды өнеркәсіптік 3D басып шығаруға жол ашады, дейді зерттеушілер.
«Жақын болашақта біз газ турбинасы өндірушілері өз қалақтарын ірі көлемдегі қоспалар шығаратын зауыттарда басып шығарады, содан кейін оларды термиялық өңдеу арқылы өңдейді деп күтеміз», - деді Кордеро.«3D басып шығару турбиналардың жылу тиімділігін арттыратын жаңа салқындату архитектурасына мүмкіндік береді, бұл оларға отынды аз жағу және сайып келгенде көмірқышқыл газын шығару кезінде бірдей қуат өндіруге мүмкіндік береді».
Кордероның зерттеуін Массачусетс технологиялық институтының жетекші авторлары Доминик Пичи, Кристофер Картер және Андрес Гарсиа-Хименес, Урбана-Шампейндегі Иллинойс университетінен Анурахапрадха Мукундан және Мари-Агата Шарпан және Оуван Леонард бірлесіп жазған. Ридж ұлттық зертханасы.
Команданың жаңа әдісі - бағытталған қайта кристалданудың бір түрі, материалдың көптеген микроскопиялық түйіршіктерін үлкенірек, күштірек және біркелкі кристалдарға біріктіріп, материалды ыстық аймақ арқылы дәл бақыланатын жылдамдықпен жылжытатын термиялық өңдеу.
Бағытты қайта кристалдану 80 жыл бұрын ойлап табылған және деформацияланатын материалдарға қолданылған.Өздерінің жаңа зерттеуінде MIT командасы 3D басып шығарылған суперқорытпаларға бағытталған қайта кристаллизацияны қолданды.
Команда бұл әдісті 3D басып шығарылған никель негізіндегі суперқорытпаларда, әдетте құйылған және газ турбиналарында қолданылатын металдарда сынады.Бірқатар эксперименттерде зерттеушілер стержен тәрізді суперқорытпалардың 3D басып шығарылған үлгілерін индукциялық катушканың астына бөлме температурасындағы су моншасына орналастырды.Олар әр таяқшаны баяу судан шығарып, оны әртүрлі жылдамдықпен катушка арқылы өткізіп, өзекшелерді 1200-ден 1245 градус Цельсийге дейінгі температураға дейін айтарлықтай қыздырды.
Олар таяқшаны белгілі бір жылдамдықпен (сағатына 2,5 миллиметр) және белгілі бір температурада (1235 градус Цельсий) тарту баспа құралдарының ұсақ түйіршікті микроқұрылымында ауысуды тудыратын тік температура градиентін жасайтынын анықтады.
«Материал бұзылған спагетти сияқты дислокация деп аталатын ақаулары бар кішкентай бөлшектерден басталады», - деп түсіндірді Кордеро.«Сіз материалды қыздырған кезде бұл ақаулар жойылып, қалпына келеді, ал дәндер өсіп кетуі мүмкін.ақаулы материалды және кішірек түйірлерді сіңіру арқылы дәндер - қайта кристалдану деп аталатын процесс».
Термиялық өңдеуден өткен таяқшаларды салқындатқаннан кейін зерттеушілер оптикалық және электронды микроскоптардың көмегімен олардың микроқұрылымын зерттеп, материалдың басылған микроскопиялық түйіршіктері «бағаналы» түйіршіктермен немесе бастапқыдан әлдеқайда үлкен ұзын, кристалл тәрізді аймақтармен ауыстырылғанын анықтады. дәндер..
«Біз толығымен қайта құрылымдадық», - деді жетекші автор Доминик Пич.«Біз бағаналы дәндердің үлкен санын қалыптастыру үшін дәннің мөлшерін бірнеше ретке көбейте алатынымызды көрсетеміз, бұл теориялық тұрғыдан сусымалы қасиеттердің айтарлықтай жақсаруына әкелуі керек».
Сондай-ақ, топ материалдың өсіп келе жатқан дәндерін дәл баптау үшін өзек үлгілерінің тартылу жылдамдығын және температурасын басқара алатынын көрсетті, нақты дән мөлшері мен бағдары аймақтарын құрады.Басқарудың бұл деңгейі өндірушілерге арнайы жұмыс жағдайларына бейімделуі мүмкін арнайы микроқұрылымдары бар турбиналық қалақтарды басып шығаруға мүмкіндік береді, дейді Кордеро.
Кордеро 3D басып шығарылған бөлшектердің термиялық өңдеуін турбина қалақтарына жақынырақ тексеруді жоспарлап отыр.Команда сонымен қатар созылу беріктігін жеделдету жолдарын қарастыруда, сонымен қатар термиялық өңдеуден өткен құрылымдардың сусымалыға төзімділігін сынауда.Содан кейін олар термиялық өңдеу күрделі пішіндер мен үлгілері бар өнеркәсіптік деңгейдегі турбиналық қалақтарды шығару үшін 3D басып шығаруды практикалық қолдануға мүмкіндік береді деп болжайды.
«Жаңа қалақшалар мен қалақтардың геометриясы жердегі газ турбиналарын және сайып келгенде, ұшақ қозғалтқыштарын энергияны тиімдірек етеді», - деді Кордеро.«Базалық тұрғыдан алғанда, бұл осы құрылғылардың тиімділігін арттыру арқылы CO2 шығарындыларын азайтуы мүмкін».
Жіберу уақыты: 15 қараша 2022 ж
