Найти в Дзене
InGenium

Титановый сплав для 3D-печати, устойчивый к усталости

Команда исследователей во главе с профессорами Чжан Чжефэном и Чжан Чжэньцзюнем из Института металлургических исследований Китайской академии наук предложила новаторскую стратегию создания антиусталостного титанового сплава с помощью 3D-печати, отдельно регулируя его микроструктуру и дефекты. Данный подход называется поэтапным аддитивным изготовлением (NAMP). Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Аддитивное производство (AM), также известное как трехмерная (3D) печать, является революционной технологией в производственной сфере. Однако низкая усталостная прочность материалов, напечатанных на 3D-принтере, по сравнению с изделиями традиционного производства, серьезно ограничивает применение таких материалов в качестве структурных компонентов в важных областях, таких как освоение космоса и авиация.

В этом исследовании, основываясь на своих предыдущих теориях прогнозирования усталости, исследователи выдвинули новаторскую концепцию: микроструктуры, созданные с помощью 3D-печати (т. е. микроструктуры Net-AM), обладают естественно высокой усталостной прочностью. Однако итоговая низкая усталостная прочность может быть обусловлена негативным влиянием микропустот, возникающих в результате существующего процесса печати.

Чтобы проверить эту концепцию, они изобрели процесс поэтапного аддитивного производства (NAMP), включающий горячее изостатическое прессование (HIP) для устранения микропустот и последующую высокотемпературную обработку за короткое время (HTSt) для восстановления микроструктуры AM с тонкими мартенситными пластинами. Применение NAMP позволило успешно восстановить в титановом сплаве микроструктуру Net-AM с практически нулевой пористостью.

Примечательно, что микроструктура Net-AM обладает исключительно высокой усталостной прочностью, которая превосходит прочность всех других титановых сплавов, изготовленных с помощью аддитивных технологий и даже ковки. Микроструктура Net-AM также демонстрирует наивысшую удельную усталостную прочность (усталостная прочность/плотность) среди всех материалов, зарегистрированных в мире. Усталостные трещины в микроструктурах, изготовленных с использованием метода NAMP, обычно возникают на чистых первичных границах зерен β и мелких мартенситных пластинах.

Источник:
Роберт Ричи, Высокая усталостная прочность титанового сплава благодаря 3D-печати практически без пустот (Robert Ritchie, High fatigue resistance in a titanium alloy via near-void-free 3D printing), Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07048-1

-------------------------------------
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, реакциями и комментариями, а также подписавшись на наши страницы на других площадках и на сервисе поддержки авторов Бусти. Ссылки найдёте в описании канала. Заранее спасибо!