Самый твердый в мире титановый сплав создан с использованием технологии 3D-печати

Ученые добились новых результатов, применив технологию 3D-печати к титановым сплавам, удвоив прочность материала и расширив его потенциальные возможности применения в аэрокосмической отрасли.

Новый титановый сплав имеет рекордно высокую усталостную прочность. Фото: iStock — Новый титановый сплав имеет рекордно высокую усталостную прочность. Фото: *iStock*

Китайская академия наук (CAS) подробно описала достижение в исследовании, опубликованном в журнале Nature 28 февраля. Исследование стало результатом сотрудничества ученых Чжан Чжэньцзюня и Чжан Чжэфэна из Шэньянской лаборатории материаловедения Института исследований материалов CAS и Роберта Ричи из Калифорнийского университета в Беркли. Согласно статье, идея исследования родилась в Китае, и образцы материалов также были созданы там. Ричи принимал участие в процессе рецензирования.

Хотя 3D-печать произвела революцию в производстве, ее применение ограничено изготовлением деталей, требующих высокой усталостной прочности. Усталостная прочность или усталостная прочность — это способность детали машины противостоять усталостным повреждениям, таким как питтинг зубчатых передач и поверхностные трещины.

3D-печать по металлу, которая использует лазеры для плавления металлического порошка и наслаивания его в сложные формы за короткий промежуток времени, идеально подходит для быстрого изготовления больших сложных компонентов. Однако высокое тепло, выделяемое мощными лазерными лучами, которые обычно используются во время печати, может привести к образованию воздушных карманов внутри детали, что может повлиять на эксплуатационные характеристики сплава. Эти небольшие карманы могут стать источником напряжения, приводящего к преждевременному растрескиванию, что сокращает усталостную долговечность материала.

Чтобы решить эту проблему, команда решила изготовить титановый сплав без пор. Они разработали процесс с использованием Ti-6Al-4V, сплава титана-алюминия-ванадия, который достиг наивысшей усталостной прочности среди всех известных титановых сплавов. По словам Чжан Чжэньцзюня, процесс начинается с операции горячего изотермического прессования для удаления пор, за которой следует быстрое охлаждение до того, как могут произойти какие-либо изменения во внутренней структуре сплава. В результате процесса был получен пористый сплав с 106%-ным увеличением усталостной прочности на растяжение, со стандартных 475 МПа до 978 МПа, что является мировым рекордом.

Чжан Чжэньцзюнь сказал, что достижение обещает применение в отраслях, где требуются легкие материалы, таких как аэрокосмическая промышленность и транспортные средства на новых источниках энергии. Пока что материал был произведен только в масштабе прототипа, который имеет форму гантели с самой тонкой частью размером 3 мм, что слишком мало для практического применения. Хотя технология все еще находится на экспериментальной стадии, она имеет большой потенциал для производства сложных устройств.

По данным CAS, многие детали аэрокосмической отрасли, включая сопло ракет NASA, планер истребителя J-20 и топливное сопло китайского самолета C919, были созданы с использованием технологии 3D-печати. Благодаря возможности масштабирования в будущем новая технология будет применяться более широко.

Ан Кханг (по данным Tech Times )

Ссылка на источник