Прорыв в 3D-печати нержавеющей стали

Прорыв в 3D-печати нержавеющей стали

Нержавеющая сталь «Морского класса» ценится за ее надежность при работе в агрессивных средах и высокую пластичность - способность сгибаться без разрушения под напряжением, что делает ее предпочтительным выбором для нефтепроводов, сварки, кухонной утвари, химического оборудования, медицинских имплантатов, частей двигателей и хранения ядерных отходов. Однако обычные технологии для упрочения этого класса нержавеющих сталей обычно происходят за счет пластичности.

 

Лоуренс Ливерморская национальная лаборатория (LLNL), а также сотрудники Национальной лаборатории Ames, Технологический университет Джорджии и Университет штата Орегон, достигли прорыва в трехмерной печати одной из наиболее распространенной формы из нержавеющей стали морского класса - низкоуглеродистый тип, называемый 316L, который обещает беспрецедентную комбинацию высокопрочных и высокопластичных свойств для широко распространенного сплава. Исследование появляется онлайн 30 октября в журнале Nature Materials.

 

«Чтобы сделать все компоненты, которые вы пытаетесь распечатать, вам нужно иметь эту материальную собственность, по крайней мере, такую ​​же, как и у традиционной металлургии», - сказал ученый-материаловед из LLNL и ведущий инженер Моррис Ванг. «Мы смогли выполнить 3D-печать реальных компонентов нержавеющей стали 316L в лаборатории, и производительность материала была фактически лучше, чем у традиционного подхода. Это действительно большой скачок. Это делает производство присадок очень привлекательным и заполняет большой пробел ».

 

Ван сказал, что методология может открыть шлюзы для широкомасштабной 3D-печати таких компонентов из нержавеющей стали, особенно в аэрокосмической, автомобильной и нефтяной и газовой промышленности, где необходимы сильные и прочные материалы, чтобы выдерживать экстремальную нагрузкуу в суровых условиях.

 

Чтобы успешно удовлетворить и превзойти необходимые требования к производительности для нержавеющей стали 316L, исследователям сначала пришлось преодолеть основное узкое место, ограничивающее потенциал для 3D-печати высококачественных металлов, пористость, вызванную во время лазерного плавления (или спекания) металлических порошков, которые может привести к потере свойств деталей и их легкому разрушению. Исследователи обратились к этому с помощью процесса оптимизации плотности, включающего эксперименты и компьютерное моделирование, а также путем манипулирования микроструктурой материалов.

 

«Эта микроструктура, которую мы разработали, преодолевает традиционный барьер выбора оптимального соотношения прочности и пластичности», - сказал Ванг. «Для стали вы хотите сделать ее прочнее, но вы по существу теряете пластичность; вы не можете совместить одно сдругим. Но с 3D-печатью мы можем перенести эту границу за пределы данного компромисса ».

 

Используя две разные лазерные машины для расплавления материала в заранее сформированном слое, исследователи напечатали тонкие пластины из нержавеющей стали 316L для механических испытаний. По словам исследователей, технология лазерного плавления по своей природе привела к иерархическим клеточно-подобным структурам, которые могут быть настроены на изменение механических свойств.

 

«Смысл заключался в том, чтобы создавать характеристики и отслеживать на свойства, которые мы получали», - сказал ученый LLNL Алекс Хамза, который курировал производство некоторых компонентов, изготовленных на заказ. «Когда вы суммарно производите 316L, создается интересная зернистая структура, похожая на витражное окно. Зерна не очень маленькие, но клеточные структуры и другие дефекты внутри зерен, которые обычно видны в сварке, по-видимому, управляют свойствами. Это было открытие. Мы не собирались делать что-то лучше, чем традиционное производство; это так получилось ».

 

Исследователь LLNL постдок Томас Воиссин, внесший основной вклад в работу, выполнил большой объем по созданию характеристик 3D-печатных металлов с момента вступления в Лабораторию в 2016 году. Он считает, что исследование может дать новое представление о структуре и свойствах материалов, изготовленных из добавок.

 

«Деформация металлов в основном контролируется тем, как наноразмерные дефекты движутся и взаимодействуют в микроструктуре», - сказал Войсин. «Интересно, что мы обнаружили, что эта клеточная структура действует как фильтр, позволяя некоторым дефектам свободно перемещаться и, таким образом, обеспечивать необходимую пластичность, блокируя некоторые другие, чтобы обеспечить прочность. Наблюдение этих механизмов и понимание их сложности теперь позволяют нам думать о новых способах контроля механических свойств этих 3D-напечатанных материалов».

 

Ван сказал, что проект извлек выгоду от нескольких лет работ по симуляции, моделирования и экспериментов, выполненных в Лаборатории в 3D-печати металлов, что дало возможность понять связь между микроструктурой и механическими свойствами. Он назвал нержавеющую сталь «системой суррогатного материала», которая могла бы использоваться для других типов металлов.

 

Конечной целью, по его словам, является использование высокопроизводительных вычислений для проверки и прогнозирования будущей надежной работы нержавеющей стали с использованием моделей для управления лежащей в основе микроструктурой и изучения способов создания высоко-характеристичных сталей, в том числе коррозионно-стойких. Затем исследователи рассмотрят использование аналогичной стратегии с другими более легкими сплавами, которые более хрупкие и склонны к излому.

 

Эта работа заняла несколько лет и потребовала вклада лаборатории Ames, которая делала рентгеновскую дифракцию для понимания материальных характеристик; Georgia Tech, которая выполняла моделирование, чтобы понять, как материал может иметь высокую прочность и высокую пластичность, и Университет штата Орегон, который выполнял анализы при создании характеристик и анализы состава.

 

Источник: technology.org

TABLOIDTV.LV


Комментарии ()

    гороскоп
    консультации юриста в Даугавпилсе
    Как долго проработает сегодняшняя коалиция в Даугавпилсской Думе