Исследователи ПолиУ разрабатывают титановый сплав с помощью аддитивного производства DED

31 июля 2023 г.

Поделитесь в своей сети:

Ученые-инженеры из Гонконгского политехнического университета (PolyU) в сотрудничестве с Университетом RMIT и Сиднейским университетом использовали аддитивное производство для решения проблем качества и управления отходами, с которыми сталкиваются при производстве титановых сплавов. Их исследование под названием «Прочные и пластичные сплавы титана, кислорода и железа, полученные методом аддитивного производства» недавно было опубликовано в журнале Nature.

Исследовательская группа использовала аддитивное производство для создания нового, прочного, пластичного и устойчивого сплава — сплава α–β Ti-O-Fe. Эти свойства достигаются за счет включения недорогих и обильных кислорода и железа, которые являются двумя наиболее мощными стабилизирующими элементами и упрочнителями для титановых сплавов с α – β-фазой. Этот новый титановый сплав представляет потенциал для различных применений, таких как аэрокосмическая и морская техника, бытовая электроника и биомедицинские устройства.

Авторы заявили: «Что касается выбора процесса AM, мы выбрали лазерное напыление металлического порошка методом направленного энергетического осаждения (DED), которое, благодаря высокоточному моделированию, позволяет изготавливать крупномасштабные компоненты почти готовой формы с постоянной точностью. микроструктура».

Согласно отчетам, новый титановый сплав демонстрирует лучшие механические характеристики, более высокую прочность и пластичность, сравнимую с широко используемым эталонным материалом Ti-6AI-4V, который был разработан в 1954 году.

Хотя для производства нового титанового сплава можно использовать традиционные методы производства, такие как литье, полученный материал может иметь плохие свойства, которые делают его непригодным для практического машиностроения. С другой стороны, аддитивное производство, как сообщается, преодолевает эти ограничения, связанные с традиционными методами производства, и улучшает свойства сплава.

Процесс Кролла, который обычно используется для производства титановых сплавов, является энергоемким и приводит к образованию некондиционного губчатого титана. Этот отход составляет около 10% всего губчатого титана и приводит к значительным отходам и увеличению производственных затрат. Однако аддитивное производство предлагает эффективное решение, позволяя перерабатывать некачественный губчатый титан. Эта технология превращает отходы в порошок для использования в качестве сырья, тем самым сокращая отходы и производственные затраты.

Д-р Цзыбин Чен заявил: «Наша работа может способствовать переработке более 10% отходов, образующихся в промышленности по производству металлических сплавов. Это может значительно снизить как материальные, так и энергетические затраты для промышленности, способствуя экологической устойчивости и сокращению выбросов углекислого газа».

Исследование объединяет проектирование сплава, компьютерное моделирование и экспериментальную характеристику для изучения пространства процессов аддитивного производства, микроструктуры и свойств нового титанового сплава (сплава α–β Ti-O-Fe).

В исследовании подчеркивается, что аддитивное производство позволяет производить сложные и функциональные металлические детали за один этап, что ускоряет разработку продукции и снижает затраты. Кроме того, эта технология позволяет изготавливать металлические детали с уникальной структурой и составом, которых невозможно достичь традиционными методами.

Аддитивное производство позволяет корректировать микроструктуру металлических сплавов, улучшая их прочность, гибкость и устойчивость к коррозии и воде. Кроме того, он позволяет создавать легкие, но прочные металлические детали со сложными узорами. Этот исследовательский прорыв может открыть новые возможности для разработки устойчивых и целостных стратегий проектирования материалов, чему способствует аддитивное производство.

Профессор Кит К. Чан заключил: «Эта работа может служить моделью или эталоном для других металлических сплавов, которые используют 3D-печать для улучшения своих свойств и расширения области их применения. 3D-печать металлом — развивающаяся область, и пройдет время, прежде чем она получит широкое распространение в производстве материалов».

www.polyu.edu.hk

24 августа 2023 г.

25 августа 2023 г.

25 августа 2023 г.