Herkristallisatie-warmtebehandelingstechnologie

Een dunne staaf van 3D-geprinte superlegering wordt uit een waterbad getrokken en door een inductiespoel gevoerd, waar het wordt verwarmd tot een temperatuur die de microstructuur verandert, waardoor het materiaal elastischer wordt.

Gasturbinebladen worden meestal vervaardigd met behulp van traditionele gietprocessen. Fabrikanten gieten gesmolten metaal in complexe mallen, waardoor het richtingsvast kan worden, en gebruiken vervolgens een verscheidenheid aan bewerkingsgereedschappen om de uiteindelijke metalen onderdelen af ​​te werken. De bladen moeten met hoge snelheden in extreem hete gassen kunnen draaien om elektriciteit op te wekken in energiecentrales en stuwkracht te leveren voor straalmotoren.

Er is echter een groeiende belangstelling voor het vervaardigen van turbinebladen door middel van 3D-printen, een methode die milieu- en kosteneffectief is en fabrikanten in staat stelt complexere en energiezuinigere bladgeometrieën te produceren. Helaas is er een grote hindernis die moet worden overwonnen: kruip.

Kruip is de neiging van metalen om permanent te vervormen onder aanhoudende mechanische spanning en hoge temperaturen. Uit eerder onderzoek is gebleken dat het 3D-printproces fijne deeltjes produceert met een grootte variërend van tientallen tot honderden microns. Hoewel nauwelijks zichtbaar voor het blote oog, is deze microstructuur bijzonder gevoelig voor kruip.

"In de praktijk betekent dit dat de gasturbines een kortere levensduur zullen hebben of minder brandstofefficiënt zullen zijn", legt Zachary Cordero uit, Boeing Career Development Professor of Aeronautics and Astronautics bij MIT.

Om dit probleem op te lossen hebben Cordero en collega's een manier gevonden om de structuur van 3D-geprinte legeringen te verbeteren door een nieuwe warmtebehandelingsstap toe te voegen. Deze methode transformeert de fijne korrels van het gedrukte materiaal in grotere "zuilvormige" korrels, een sterkere microstructuur die kruip in het materiaal minimaliseert. De graanpijlers zijn uitgelijnd met de as van maximale spanning.

De auteurs van de nieuwe studie beweren dat een nieuwe warmtebehandelingsmethode een revolutie teweeg zou kunnen brengen in het industrieel 3D-printen van gasturbinebladen.

Cordero zei: "In de nabije toekomst verwachten we dat gasturbinefabrikanten hun bladen en schoepen in grote fabrieken voor additieve productie zullen printen en deze vervolgens nabewerken met behulp van onze warmtebehandeling. 3D-printen zal nieuwe koelarchitecturen mogelijk maken die de thermische efficiëntie van de turbine, waardoor dezelfde hoeveelheid elektriciteit wordt geproduceerd terwijl er minder brandstof wordt verbrand en uiteindelijk minder koolstofdioxide wordt uitgestoten."

Directionele herkristallisatieopstelling. Verwijder het monster uit de koelvloeistof via de hete zone. De steile thermische gradiënt vóór de hete zone handhaaft een hoge dislocatiedichtheid die leidt tot het herkristallisatiefront.

​