Organisasi bukan untung, media dan orang ramai boleh memuat turun imej daripada tapak web Pejabat Akhbar MIT di bawah lesen bukan komersial dan bukan terbitan Creative Commons Attribution.Anda tidak boleh mengubah suai imej yang disediakan, hanya memangkasnya ke saiz yang betul.Kredit mesti digunakan semasa menyalin imej;Kredit "MIT" untuk imej melainkan dinyatakan di bawah.
Rawatan haba baharu yang dibangunkan di MIT mengubah struktur mikro logam cetakan 3D, menjadikan bahan lebih kuat dan lebih tahan terhadap keadaan terma yang melampau.Teknologi ini boleh membolehkan pencetakan 3D bilah dan ram berprestasi tinggi untuk turbin gas dan enjin jet yang menjana elektrik, membolehkan reka bentuk baharu mengurangkan penggunaan bahan api dan kecekapan tenaga.
Bilah turbin gas hari ini dibuat menggunakan proses tuangan tradisional di mana logam cair dituangkan ke dalam bentuk yang kompleks dan dipadukan secara berarah.Komponen ini diperbuat daripada beberapa aloi logam paling tahan haba di planet ini, kerana ia direka untuk berputar pada kelajuan tinggi dalam gas yang sangat panas, mengekstrak kerja untuk menjana elektrik dalam loji kuasa dan memberikan tujahan untuk enjin jet.
Terdapat minat yang semakin meningkat dalam pengeluaran bilah turbin menggunakan percetakan 3D, yang, sebagai tambahan kepada faedah alam sekitar dan ekonomi, membolehkan pengeluar dengan cepat menghasilkan bilah dengan geometri yang lebih kompleks dan cekap tenaga.Tetapi usaha untuk mencetak bilah turbin 3D masih belum mengatasi satu halangan besar: rayap.
Dalam metalurgi, rayapan difahami sebagai kecenderungan logam untuk berubah bentuk tidak dapat dipulihkan di bawah tekanan mekanikal yang berterusan dan suhu tinggi.Semasa penyelidik meneroka kemungkinan mencetak bilah turbin, mereka mendapati bahawa proses pencetakan menghasilkan butiran halus dari saiz berpuluh-puluh hingga ratusan mikrometer—struktur mikro yang sangat mudah menjalar.
"Dalam amalan, ini bermakna turbin gas akan mempunyai hayat yang lebih pendek atau kurang menjimatkan," kata Zachary Cordero, profesor aeroangkasa Boeing di MIT."Ini adalah hasil buruk yang mahal."
Cordero dan rakan sekerja telah menemui cara untuk menambah baik struktur aloi cetakan 3D dengan menambahkan langkah rawatan haba tambahan yang menukarkan butiran halus bahan bercetak kepada butiran "lajur" yang lebih besar – struktur mikro yang lebih kuat yang meminimumkan potensi rayapan bahan.bahan kerana "tiang" sejajar dengan paksi tegasan maksimum.Pendekatan yang digariskan hari ini dalam Pembuatan Aditif membuka jalan untuk pencetakan 3D industri bilah turbin gas, kata para penyelidik.
"Dalam masa terdekat, kami menjangkakan pengeluar turbin gas akan mencetak bilah mereka di loji pembuatan aditif berskala besar dan kemudian memprosesnya selepas menggunakan rawatan haba kami," kata Cordero."Pencetakan 3D akan membolehkan seni bina penyejukan baharu yang boleh meningkatkan kecekapan terma turbin, membolehkannya menghasilkan jumlah kuasa yang sama sambil membakar lebih sedikit bahan api dan akhirnya mengeluarkan kurang karbon dioksida."
Kajian Cordero telah dikarang bersama oleh pengarang utama Dominic Pichi, Christopher Carter, dan Andres Garcia-Jiménez dari Massachusetts Institute of Technology, Anugrahapradha Mukundan dan Marie-Agatha Sharpan dari University of Illinois di Urbana-Champaign, dan Donovan Leonard of the Oak Makmal Kebangsaan Ridge.
Kaedah baharu pasukan itu ialah satu bentuk penghabluran semula berarah, rawatan haba yang menggerakkan bahan melalui zon panas pada kadar terkawal dengan tepat, menggabungkan banyak butiran mikroskopik bahan kepada kristal yang lebih besar, lebih kuat dan seragam.
Penghabluran semula arah telah dicipta lebih 80 tahun yang lalu dan digunakan pada bahan boleh ubah bentuk.Dalam kajian baharu mereka, pasukan MIT telah menggunakan penghabluran semula terarah kepada aloi super bercetak 3D.
Pasukan ini menguji kaedah ini pada aloi super berasaskan nikel cetakan 3D, logam yang biasa dituang dan digunakan dalam turbin gas.Dalam satu siri eksperimen, para penyelidik meletakkan sampel cetak 3D super aloi seperti rod dalam mandi air suhu bilik terus di bawah gegelung aruhan.Mereka perlahan-lahan menarik setiap rod keluar dari air dan melepasinya melalui gegelung pada kelajuan yang berbeza, dengan ketara memanaskan rod ke suhu antara 1200 hingga 1245 darjah Celsius.
Mereka mendapati bahawa menarik rod pada kelajuan tertentu (2.5 milimeter sejam) dan pada suhu tertentu (1235 darjah Celsius) mencipta kecerunan suhu yang curam yang mencetuskan peralihan dalam struktur mikro halus media cetak.
"Bahan itu bermula sebagai zarah kecil dengan kecacatan yang dipanggil kehelan, seperti spageti pecah," jelas Cordero."Apabila anda memanaskan bahan, kecacatan ini hilang dan membina semula, dan bijirin boleh tumbuh.bijirin dengan menyerap bahan yang rosak dan bijirin yang lebih kecil—suatu proses yang dipanggil penghabluran semula.”
Selepas menyejukkan rod yang dirawat haba, para penyelidik memeriksa struktur mikro mereka menggunakan mikroskop optik dan elektron dan mendapati bahawa butiran mikroskopik bahan yang dicetak digantikan oleh butiran "kolumnar", atau kawasan panjang seperti kristal yang jauh lebih besar daripada asal. bijirin..
"Kami menyusun semula sepenuhnya," kata pengarang utama Dominic Peach."Kami menunjukkan bahawa kami boleh meningkatkan saiz butiran dengan beberapa urutan magnitud untuk membentuk sejumlah besar butiran kolumnar, yang secara teorinya akan membawa kepada peningkatan ketara dalam sifat rayapan."
Pasukan itu juga menunjukkan bahawa mereka boleh mengawal kadar tarikan dan suhu sampel rod untuk memperhalusi butiran bahan yang semakin meningkat, mewujudkan kawasan saiz dan orientasi butiran tertentu.Tahap kawalan ini boleh membenarkan pengeluar mencetak bilah turbin dengan struktur mikro khusus tapak yang boleh disesuaikan dengan keadaan operasi tertentu, kata Cordero.
Cordero merancang untuk menguji rawatan haba bahagian bercetak 3D lebih dekat dengan bilah turbin.Pasukan itu juga sedang mencari cara untuk mempercepatkan kekuatan tegangan serta menguji rintangan rayapan struktur dirawat haba.Mereka kemudian membuat spekulasi bahawa rawatan haba boleh membolehkan aplikasi praktikal percetakan 3D untuk menghasilkan bilah turbin gred industri dengan bentuk dan corak yang lebih kompleks.
"Bilah dan geometri bilah baharu akan menjadikan turbin gas berasaskan darat dan, akhirnya, enjin pesawat lebih cekap tenaga," kata Cordero."Dari perspektif garis dasar, ini boleh mengurangkan pelepasan CO2 dengan meningkatkan kecekapan peranti ini."
Masa siaran: Nov-15-2022
