-3D-utskrift kan möjliggöra en effektiv tillverkning av utarbetade strukturer som är svåra att förverkliga konventionellt utan avfall, såsom de ihåliga geometrierna avnickelbased superloyl-aeronautiska komponenter. För att fullt ut utnyttja denna metod måste vi flytta motnya legeringar och processer.

 

    

 

-cVenental superalloy tillverkning-----N

superalloys, en familj av metallblandningar baserade pånickel, kobolt eller järn, är resistenta mot hög temperaturdeformation, korrosion och oxidation, speciellt vid användning vid förhöjd temperaturnära deras smältpunkt. De utvecklades först för gasturbinkomponenter i turbojetmotorer, och användsnu allmänt för högtemperaturapplikationer inom rymd- och kraftproduktionsindustrin. För att uppnå dessa höga temperaturegenskaper (både mekanisk och kemikalie) är mikrostrukturskontrollen kritisk och är aktiverad av en kombination av specifika legeringselementstillägg ochnoggranna tillverkningsprocesser.

 

----~----/

 

---------/-

------

----nnickelbased superlegeringar, den tidigaste och bästa

developed superalloy-familjen, lita på en twophase-mikrostruktur bestående av en förstärkningsfas

a-dispersion av (Ni, CO) 3 (Al, Ti, TA) utfälles (av L12-kristallografi ) kallad γ '\\n \\n \\ngrown i en matris av Cr \\ Nenrichedni. Andra legeringselement såsom eldfasta (re, mo, w) eller metalloider (B, c) kan också tillsättas. Baserat på deras kemi är dessa legeringarnågra av de mest komplexa mänskligheten har utformat. Under konventionell bearbetning sker denna avgörande utfällning via en diffusion \\ Nontrollerad reaktion under kylning i temperaturområdet 1000-750 ° C. \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\nanufacturing är traditionellt \"Achilles\" Heel 'av superalloy-applikationer \\n \\n \\n \\n \\nstructurally mekaniska egenskaper har inte uppnåtts utan lång \\nwinded och dyr subtraktiv tillverkning via bearbetning av gjutningar. Idag använder vi fortfarande precisionsinvesteringsgjutningsprocesser som går tillbaka till klassisk antikvitet. Till exempel, för att producera ett jetmotorsturbinblad, behövs både en vaxmodell och kiseldioxid \\nbased replika av kylkanalerna för att skapa en keramisk form för varje komponent som produceras, i vilka kilo smält metall som är gjutna under vakuum. Kylning till omgivande förhållanden tar flera timmar, och det är omöjligt att undertrycka utfällningen av γ 'fälles under kylning; Dessutom behövs mycketnoggrann efterföljande värmebehandling av flera timmar vid \\ N1300 ° C \\ N \\n \\n \\ Njust under smältemperaturen \\n \\n \\n \\n \\nto minska kemisk dendritisk segregering från gjutningsvägen. Slutligen krävs bearbetning för att forma den slutliga invecklade turbinbladgeometrin. Investeringsgjutningsprocessen innefattar flera kemiska och processkontroller med signifikant avfall \\ NScrappage som genereras under gjutning och efterföljande bearbetning av turbindelarna: endast cirka 10% av superlegeringen slutar som färdiga varor2. \\ N \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n3d Utskrift somny bearbetning Avenue för superlegeringar \\n \\n \\n \\n \\nlying 3D-utskrift, eller additivtillverkning (AM), istället för investeringsgjutning tillåter behandling att förekomma radikalt annorlunda, med Minskade tillverkningssteg och minsta bearbetningsavfall. Lasern \\ Nbased smältning och konsolidering av fast pulver avnågra tiotiska mikron i diameter, skikt \\ Nby \\ NLAapper, under direkt ingång från ett dator \\ NAIDED design (CAD), ger en som \\ Nof \\ Nyet outnyttjad designfrihet : ihåliga strukturer, skum \\nlike eller gitter \\ Nbased arkitekturer, med effektivare användning av material i ett additiv i motsats till subtraktiva sätt. Dessutom leder AM-processen med sin smältning och re \\ Nmelting av fin pulverstorlek i mikronlängd och tidsskala till höga kylhastigheter på 103-106 ° C \\ NS och ett mycket annat metallurgiskt svar på bearbetningen3. Stoltifiering ger upphov till en mycket fin cellulär snarare än dendritisk mikrostruktur4, som i praktiken eliminerar den dendritiska segregeringen som finns i konventionell behandling, avlägsnande av behovet av ett kemiskt homogeniseringssteg. Utfällningen av γ 'undertrycks också av den svåra kylhastigheten, vilket möjliggör attnano \\nscale-utfällning skräddarsys under efterföljande värmebehandling för förbättrade egenskaper5. Utfällningsfasen kan optimeras genom att utformanya värmebehandlingsprotokoll för att erhålla önskvärda mikrostrukturer i samband med hög hållfasthet i Am SuperAlloyS6. \\ N \\n \\n \\nHowever, utbredd tillämpning av am i superlegeringar för komplexa ihåliga strukturer som Aero \\ Njet turbinblad är fortfarande inte okomplicerad. För att framgångsrikt utnyttja AM-tekniker i superlegeringar behöver vi en förbättrad förståelse för processens vetenskap. Många aspekter av det är dunkla eftersom grunden för am involverar flera fysiska och kemiska fenomen över längd- och tidskalor (se fig 1). Till exempel,när lasern kommer i kontakt med metallpulvret, alla möjliga fyra tillstånd av materia \\n \\n \\n \\nsolid, flytande, gasånga och plasm \\n \\ninteract7, och väldigt få omnågon fysik \\nbased modeller existerar att ta itu med denna komplexitet. Dessutom inducerarnaturen hos de snabba och upprepade termiska cyklerna intensiva termiska gradienter och sålunda kemiska, strukturella och mekaniska tillstånd som är metastabla, utlösande metallurgiska defekter8 som äventyrar egenskaper9. \\ N \\n \\n \\n, de flesta konventionella superlegeringar kan inte lätt vara lätt migrerade från investeringsgjutning till 3D-utskrift eftersom de har optimerats för specifika bearbetningsvägar, t.ex. smide \\n \\n, \\n \\nwelding och gjutning. På grund av den snabba och upprepade termiska cyklingen av AM-processen kannya kompositioner som utnyttjar dessa bearbetningsparametrar utformas via en beräkningskomposition \\ Nprocess-data \\ Nydriven-tillvägagångssätt för att skräddarsy mikrostruktur och egenskaper för AM-kylhastigheter3. Nya kvaliteter av superlegeringar optimerade för 3D-utskrift och utformad för att mildra metallurgiska defekter som porositet och sprickbildning10 i kritiska hög \\ntemperaturkomponenter är därförnyckeln till framgångsrik kommersiell ta \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n