Badanie wykazuje właściwości anizotropowe 3D z nadrukiem niklowym Super Alloy K418 (713C)

Materiały do ​​drukowania 3D nie pojawiają się nagle i nie używa się ich bez zastanowienia - jest w nich dużo badań, szczególnie materiałów metalowych. Ich zachowania i właściwości muszą być znane, aby upewnić się, że działają. Zwłaszcza teraz, gdy nasza technologia jest wykorzystywana w aplikacjach o dużej wartości, takich jak silniki lotnicze i badania nad medykamentami, dotyczące właściwości materiałów i wydajności rośnie zarówno pod względem objętości, jak i znaczenia. W nowym badaniu zatytułowanym "Anizotropia superstopu na bazie niklu K418 wytwarzanego metodą selektywnego topienia laserowego" grupa badaczy wykorzystała próbki wydrukowane w 3D do zbadania anizotropowego zachowania mechanicznego jednego określonego materiału - K418, superstopów na bazie niklu.

K418 został opracowany w latach 60. i był szeroko stosowany w silnikach lotniczych, wirnikach turbosprężarek z gorącym końcem, łopatach turbiny w przemyśle motoryzacyjnym i wielu innych. Ma doskonałe właściwości mechaniczne, doskonałą ciągliwość i wytrzymałość zmęczeniową, dobrą odporność na utlenianie w wysokich temperaturach, dzięki czemu jest stabilnym i niezawodnym materiałem. Trudno jest obrabiać za pomocą konwencjonalnych metod w temperaturze pokojowej, ze względu na nadmierne zużycie narzędzia, wysoką temperaturę skrawania i inne problemy. Komponenty wykonane z K418 są często skomplikowane, z wewnętrznymi komorami, cienkimi ścianami i nawisami, co sprawia, że ​​trudno je wykonać jednym sposobem, na przykład skrawaniem. Ten stop jest również znany jako stop 713C, 713C lub Inconel 713C Alloy i wiele jego pochodnych. Inconel jest tak naprawdę superalourem, który został opracowany w latach 60-tych, ale stał się popularną nazwą wielu superstopów opracowanych w tym samym czasie. Inconel 713LC był zastrzeżonym stopem produkowanym przez INCO (INCO było globalną kanadyjską firmą wydobywczą, która była największym na świecie producentem niklu, kupionym przez Vale w 2006 roku) i termin ten wraz z wszystkimi pochodnymi są używane zamiennie. 713C lub jak wiadomo, K418 był szeroko stosowany w silnikach rakietowych, turbo oraz w przemyśle kosmicznym i obronnym od lat 60-tych. SpaceX, NASA, Rocketdyne i inne używają tego materiału do drukowania silników rakietowych 3D CD3D .

Selektywne topienie laserowe (SLM, zwany także spiekaniem w złożu proszku, DMLS, Direct Metal Laser Sintering, PBF) okazał się bardziej skuteczny niż konwencjonalne techniki, takie jak obróbka skrawaniem przy produkcji złożonych elementów metalowych. Dzięki wysokiej temperaturze i szybkiemu chłodzeniu równieżoferuje lepsze właściwości mechaniczne niż odlewanie.

W tym badaniu naukowcy przyjrzeli się anizotropowym właściwościom stopu K418. Anizotropię definiuje się jako różnicę właściwości fizycznych lub mechanicznych mierzonych wzdłuż różnych osi - innymi słowy, właściwości materiału mogą być różne wzdłuż osi pionowej niż wzdłuż osi poziomej. W przypadku FDM (wytłaczanie materiału) części drukowane na przykład są słabsze pomiędzy warstwami niż na boku.

Naukowcy wykorzystali samodzielnie opracowaną drukarkę 3D SLM do produkcji kilku cylindrów z materiału K418. Próbki wytworzono zarówno poziomo i pionowo, jak i poprzecznie i podłużnie. Anizotropię mikrostrukturalną przeprowadzono na próbkach poziomych i pionowych.

"Analiza anizotropii mikrostrukturalnej została przeprowadzona za pomocą mikroskopii optycznej (OM) i skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM)" - wyjaśniają naukowcy. "Analiza dyfrakcji wstecznego rozproszenia elektronów (EBSD) została wykorzystana do zidentyfikowania ich preferowanej orientacji krystalograficznej (tekstury) i skorelowania anizotropii wytrzymałości mechanicznej z teksturą materiału. Wyniki wykazały, że próbki poprzeczne miały nieco wyższą granicę plastyczności, ale znacznie większą plastyczność niż próbki poprzeczne z wydłużonymi ziarnami słupkowymi wzdłuż kierunku budowy. "

Niezwykle wysoki gradient termiczny i szybkie schładzanie szybkość podczas procesu SLM doprowadziła do silnego nierównomiernego zestalenia stopionej puli i powstania ultradrobnej struktury ziarna, co spowodowało anizotropowe mikrostruktury i właściwości mechaniczne w różnych kierunkach.

"Obecność tekstur czyni Przetwarzane przez SLM próbki K418 miały właściwości anizotropowe pod względem właściwości mechanicznych, co wskazuje, że próbki poprzeczne wykazują hybrydowy, łamliwy plastycznie tryb pękania z nieznacznie wyższą granicą plastyczności, podczas gdy pionowe próbki wykazują tryb pękania ciągliwego ze znacznym wzrostem plastyczności ", kontynuują badacze .

Fakt, że K418 produkowany przez SLM ma właściwości anizotropowe jest interesującym znaleziskiem sol. Odkrycie może oznaczać, że inżynierowie będą czuli się bardziej komfortowo przy użyciu i projektowaniu części K418 przy użyciu druku 3D. Metalowy druk 3D to niezwykle skuteczna metoda wytwarzania komponentów z tego materiału, szczególnie skomplikowanych struktur. Biorąc pod uwagę obwieszczenie wydajności tego materiału i jego zastosowań kosmicznych, jest toZ pewnością będzie to artykuł, który zainteresuje wielu. W artykule na temat Inconelu omówiono tempa chłodzenia i ich wpływ na Inconel 718. W tym artykule przyjrzymy się, w jaki sposób Inconel 718 jest używany przez Launchera.

Autorami publikacji są: Chen Chen, Shenggui Chen, Zhengying Wei, Lijuan Zhang, Pei Wei, Bingheng Lu, Shuzhe Zhang i Yu Xiang.