3D-natisnjena titanova zlitina ima natezno trdnost 1726 MPa in jo je mogoče enakomerno raztegniti za 7,5 % - Novice

Dolg 60 milimetrovtitanove zlitinenatezni preskusni vzorec - ni kovan, ampak lasersko natisnjen plast za plastjo. Rezultati testa so pokazali mejo tečenja 1501 MPa, natezno trdnost 1726 MPa in enakomeren raztezek 7,5 %. V nasprotju s tem je Ti-6Al-4V-titanova zlitina, ki se običajno uporablja v vesoljskih aplikacijah in tiska po istem postopku, dosegla le približno 60 odstotkov te natezne trdnosti. Te ugotovitve je v *Nature Materials* objavila ekipa, ki jo vodi Jian Lu na City University of Hong Kong.

Nanometali so zelo močni, vendar jih ni mogoče sestaviti v velike komponente. V znanosti o materialih je dobro uveljavljeno načelo: čim drobnejša je velikost zrn, trša je kovina. Vendar pa je bilo nanostrukture prej mogoče izdelati samo s postopki, kot je premazovanje ali huda deformacija, kar je povzročilo tanke filme ali majhne vzorce, ki niso bili dovolj močni, da bi podpirali dele letal. 3D-tiskanje seveda vključuje hitro ohlajanje: bazen taline se ohlaja s hitrostjo od 100.000 do 10 milijonov stopinj Celzija na sekundo, zaradi česar je idealna "peč" za "zamrzovanje" nanostruktur v velike kovinske bloke. Težava je v tem, da obstaja na desettisoče možnih kombinacij razmerij elementov in laserskih parametrov – njihovo preizkušanje enega za drugim bi trajalo celo večnost.

Poleg tega krom predstavlja malo dilemo: medtem ko lahko stabilizira titanove visokotemperaturne faze in služi kot lahko dostopno ojačevalno sredstvo, se v tradicionalnih postopkih litja nagiba k ločevanju in aglomeraciji, zato še nihče ni popolnoma obvladal njegove uporabe v titanu. 3D-tiskanje zaobide postopek litja v ingote in učinkovito premaga to oviro.

Pristop ekipe je bil sestavljen iz dveh korakov. Najprej so uporabili lasersko prašno posteljo za izdelavo majhnih preskusnih vzorcev s 118 različnimi kombinacijami razmerij Ti-Al-Cr, ravni moči in hitrosti skeniranja. Ti so bili nato podvrženi standardiziranemu nateznemu testiranju, da bi sestavili čisti nabor podatkov. Nato so na tem naboru podatkov usposobili model XGBoost: napaka napovedi za moč je bila manjša od 50 megapaskalov, večina napovedanih vrednosti pa je padla v ±5 % izmerjenih vrednosti. Modelu je bilo nato naročeno, da razvrsti najboljših 5 % od 38.052 virtualnih kombinacij, in le ta majhna podmnožica je bila potrjena – tako je bila identificirana optimalna formulacija, Ti-7,5Al-3,3Cr. Model je tudi priročno identificiral ključni dejavnik: vsebnost kroma je bila spremenljivka z največjim vplivom na trdnost.

Natisnjena mikrostruktura je podobna kompletu matrjošk: 99,1 % zlitine je martenzit, z lamelami debeline približno 75 nanometrov; znotraj teh lamel so "zloženi nanotrakovi", debeli manj kot 10 nanometrov - kristali tvorijo mille-feuille podobno strukturo s tremi vzorci zlaganja (AB, BC in CA), ki se izmenjujejo v vmesnem obdobju približno 6 nanometrov. Ta struktura mille-feuille je "podpis" hitrega ohlajanja.
Ekipa je ponovno segrela zlitino na 1000 stopinj in primerjala različne metode hlajenja: hlajenje v peči, hlajenje z zrakom in kaljenje z vodo niso uspeli obnoviti prvotne strukture. Samo metoda tiskanja - s hitrostjo hlajenja, ki presega 100.000 stopinj na sekundo - bi lahko zamrznila večplastno strukturo v njeni prvotni obliki. Med deformacijo se dislokacije - linearne napake v kovinah, ki so odgovorne za zdrs - razrežejo na segmente, dolge manj kot 10 nanometrov, ko naletijo na nanotrakove, zaradi česar se skoraj ne morejo premikati naprej. Simulacije molekularne dinamike so zajele podrobnosti: da prečkajo vmesnik zlaganja, se morajo dislokacije najprej razdeliti na dve polovici, proces, ki zahteva dodatno energijo. Posledično je material hkrati trd in zmožen trajnega utrjevanja: najvišja stopnja utrjevanja ob delu doseže 6,5 gigapaskala in ostane nepretrgan in brez vratu, tudi ko se raztegne na 7,5 % napetosti.

Bolj duktilen? Povečanje vsebnosti kroma s 3,3 na 5 dvigne raztezek na 12,4 % in trdnost na 1555 MPa; povečanje na 7,5 daje raztezek 15,9 % in trdnost 1449 MPa – nastavljiv kompromis med trdnostjo in duktilnostjo. Preračunano v specifično trdnost - 380 MPa·cm³ na gram - presega natisnjeno jeklo, aluminijeve zlitine, nikljeve zlitine in visokoentropijske zlitine.

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