A 3D-nyomtatott titánötvözet szakítószilárdsága 1726 MPa, és egyenletesen 7,5%-kal megnyújtható - Hírek

60-mm hosszútitán ötvözetszakítópróba{0}}nem kovácsolt, hanem lézerrel-rétegenként nyomtatva. A vizsgálati eredmények 1501 MPa folyáshatárt, 1726 MPa szakítószilárdságot és 7,5%-os egyenletes nyúlást mutattak. Ezzel szemben a Ti-6Al-4V-egy titánötvözet, amelyet gyakran használnak repülőgép-ipari alkalmazásokban, és ugyanazzal az eljárással nyomtatják, ennek a szakítószilárdságnak csak körülbelül 60 százalékát érte el. Ezeket az eredményeket a *Nature Materials*-ban tette közzé a Jian Lu által vezetett csapat a Hongkongi Városi Egyetemen.

A nanofémek nagyon erősek, de nem lehet belőlük nagy alkatrészeket készíteni. Van egy jól bevált-elv az anyagtudományban: minél finomabb a szemcseméret, annál keményebb a fém. Nanostruktúrákat azonban korábban csak olyan eljárásokkal lehetett előállítani, mint például bevonat vagy súlyos deformáció, ami vékony filmeket vagy kis mintákat eredményezett,-nem elég erősek a repülőgépalkatrészek megtartásához. 3A D-nyomtatás természetesen gyors hűtéssel jár: az olvadékmedence 100 000-10 millió Celsius-fok/másodperc sebességgel hűl le, így ideális nanoszerkezetű fémtömbökhöz. A probléma az, hogy az elemarányok és a lézerparaméterek több tízezer lehetséges kombinációja létezik-egyenkénti tesztelése egy örökkévalóságig tart.

Ezenkívül a króm egy kis dilemmát is jelent: bár képes stabilizálni a titán magas hőmérsékletű-fázisait, és könnyen elérhető erősítőszerként szolgál, a hagyományos öntési eljárások során hajlamos elkülönülni és agglomerálódni, így még soha senki sem sajátította el teljesen a titán. 3D-nyomtatásban való alkalmazását, és ezt a hatékony folyamatot elkerüli.

A csapat megközelítése két lépésből állt. Először egy lézerporágyat használtak kis próbatestek előállításához a Ti-Al-Cr arányok, teljesítményszintek és pásztázási sebességek 118 különböző kombinációjával. Ezeket ezután szabványos szakítóvizsgálatnak vetették alá, hogy tiszta adatkészletet állítsanak össze. Ezután egy XGBoost modellt képeztek ki ezen az adathalmazon: az erősség előrejelzési hibája kevesebb volt, mint 50 megapascal, és a legtöbb előre jelzett érték a mért értékek ±5%-án belülre esett. A modellt ezután arra utasították, hogy rangsorolja a 38 052 virtuális kombináció első 5%-át, és csak ezt a kis részhalmazt validálták, -így sikerült azonosítani az optimális készítményt, a Ti-7,5Al-3,3Cr-t. A modell kényelmesen azonosította a kulcsfontosságú hozzájáruló tényezőt is: a krómtartalom volt az a változó, amely a legnagyobb hatással volt a szilárdságra.

A nyomtatott mikrostruktúra matrjoska babákhoz hasonlít: az ötvözet 99,1%-a martenzit, a lamellák körülbelül 75 nanométer vastagok; ezeken a lamellákon belül 10 nanométernél kisebb vastagságú „halmozott nanosávok” vannak,-a kristályok egy mille-feuille-szerű szerkezetet alkotnak, három halmozási mintával (AB, BC és CA) váltakozva körülbelül 6 nanométeres közbenső periódusban. Ez a mille{8}}feuille szerkezet a gyors hűtés „jele”.
A csapat felmelegítette az ötvözetet 1000 fokra, és összehasonlította a különböző hűtési módszereket: a kemencében történő hűtés, a léghűtés és a vízhűtés nem tudta visszaállítani az eredeti szerkezetet. Csak a nyomtatási módszer-100 000 fok/másodperc feletti hűtési sebességgel- tudja megfagyasztani a réteges szerkezetet eredeti formájában. A deformáció során a csúszásért felelős fémek diszlokációi-lineáris hibái- 10 nanométernél rövidebb szegmensekre vágódnak, amikor a nanocsíkokkal találkoznak, és szinte lehetetlenné teszik az előrehaladást. A molekuláris dinamikai szimulációk rögzítették a részleteket: a halmozási felület átlépéséhez a diszlokációknak először két felére kell osztódniuk, ez a folyamat további energiát igényel. Ennek eredményeként az anyag kemény és tartósan is keményedhet: a keményedési csúcs- eléri a 6,5 gigapascalt, és 7,5%-os igénybevételre is sértetlen és elnyakadásmentes marad.

Képlékenyebb? A krómtartalom 3,3-ról 5-re növelésével a nyúlás 12,4%-ra, a szilárdság pedig 1555 MPa-ra emelkedik; 7,5-re növelve 15,9%-os nyúlást és 1449 MPa szilárdságot eredményez,-ez az állítható szilárdság-hajlékonyság{11}}kiesés. Fajlagos szilárdságra-380 MPa·cm³/gramm{15}}átszámítva jobb teljesítményt nyújt, mint-nyomott acél, alumíniumötvözetek, nikkelötvözetek és nagy entrópiájú ötvözetek.

Polished Titanium Alloy Small Block Gr2 Gr5 best 3D Print Titanium Alloy Small Block Gr2 Gr5 wholesale