Производственные инновации для профессионалов

Исследователи создают более прочный титановый сплав с помощью аддитивного производства

Ученые из Муниципального Университета Гонконга (CityU) с помощью аддитивного производства разработали титановый сплав с превосходными механическими качествами. Проект возник в результате моделирования: это показало, что, хотя обычно считается, что повышенная однородность компонентов сплава идеальна для предотвращения хрупкости, определенная степень неоднородности (или разнообразия) на самом деле может создавать уникальные микроструктуры, улучшающие свойства сплава. Основываясь на этой идее и используя сплавление лазером на слое порошка с порошками нержавеющей стали и титанового сплава, ученым удалось создать сплав, который является одновременно более прочным и легким.

Группа исследователей, возглавляемая профессором Чейн-Цуан Лью из Гонконгского института перспективных исследований (HKIAS) CityU, опубликовала в журнале Science статью под названием «Разработка на месте усовершенствованного титанового сплава с модуляцией концентрации с помощью аддитивного производства», в которой излагаются ее выводы. Хотя аддитивное производство чаще всего рассматривается из-за его преимуществ с точки зрения геометрических возможностей для проектирования деталей, в данном случае команда исследовала, как можно использовать его не только для применения материалов, но и для их проектирования с лучшими свойствами.

Исследователи создают более прочный титановый сплав с помощью аддитивного производства

Микроструктура сплава титана, напечатанная на 3D-принтере, похожа на лаву (фото предоставлены: источник: Др Чжан Тяньлун/ЦИО: 10.1126/science.abj3770)

Как объясняет д-р Тяньлун Чжан, один из авторов статьи: «Уникальные особенности аддитивного производства предоставляют нам большую свободу в разработке микроструктур. В частности, мы разработали метод частичной гомогенизации для получения сплавов с градиентами концентрации в микрометрическом масштабе с использованием 3D-печати, чего невозможно достичь обычными методами изготовления материалов».

Как был создан этот титановый сплав?

По сути, этот процесс состоял из плавления и смешивания двух разных сплавов, например порошков из титановых сплавов и порошков из нержавеющей стали, с использованием лазерной плавки на порошковом слое. В частности, они использовали Ti-6Al-4V (титановый сплав) и небольшое количество нержавеющей стали 316L для получения модуляций концентрации в микрометрическом масштабе элементов из нержавеющей стали в титановом сплаве. Это позволило преобразовать материал, придав ему большую прочность на растяжение с равномерным удлинением и отличной способностью для ковки.

Исследователи создают более прочный титановый сплав с помощью аддитивного производства

Результаты показали, что сплав обладает превосходными механическими свойствами (фото предоставлены: Др Чжан Тяньлун/ЦИО: 10.1126/science.abj3770)

Команда контролировала определенные параметры печати, такие как мощность лазера и скорость сканирования, что позволило ей создать неоднородный состав элементов, но более управляемым образом. Полученный сплав не только на 40 % легче традиционной нержавеющей стали, но и обладает очень высокой прочностью. 

*На обложке фото предоставлено: Муниципальным Университетом Гонконга

Поделиться

Заметили ошибку? Сообщите нам: выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy andTerms of Service apply.