Самый твёрдый 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 потенциальное применение в аэрокосмической отрасли.

Новый титановый сплав обладает рекордно высокой усталостной прочностью. Фото: iStock — Новый титановый сплав обладает рекордно высокой усталостной прочностью. Фото: *iStock*

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

Хотя 3D-печать произвела революцию в производстве, её применение ограничено изготовлением деталей, требующих высокой усталостной прочности. Усталостная прочность — это способность детали машины противостоять усталостным повреждениям, таким как питтинговая коррозия зубьев шестерен и поверхностные трещины.

3D-печать металлом, при которой лазеры расплавляют металлический порошок и за короткое время наносят его слоями в сложные формы, идеально подходит для быстрого изготовления крупных и сложных деталей. Однако высокая температура, генерируемая мощными лазерными лучами, обычно используемыми во время печати, может привести к образованию воздушных карманов внутри детали, что может повлиять на эксплуатационные характеристики сплава. Эти небольшие карманы могут стать источником напряжений, приводящих к преждевременному растрескиванию и, как следствие, к снижению усталостной долговечности материала.

Чтобы решить эту проблему, команда решила создать титановый сплав без пор. Они разработали технологию с использованием титано-алюминиево-ванадиевого сплава Ti-6Al-4V, который обеспечивает самую высокую усталостную прочность среди всех известных титановых сплавов. По словам Чжан Чжэньцзюня, процесс начинается с горячего изотермического прессования для удаления пор, за которым следует быстрое охлаждение, прежде чем могут произойти какие-либо изменения во внутренней структуре сплава. В результате был получен пористый сплав с повышением усталостной прочности на растяжение на 106% – со стандартных 475 МПа до 978 МПа, что является мировым рекордом.

Чжан Чжэньцзюнь отметил, что это достижение открывает перспективы для применения в отраслях, требующих лёгких материалов, таких как аэрокосмическая промышленность и транспорт на новых источниках энергии. Пока материал был создан только в виде прототипа, имеющего форму гантели с самой тонкой частью толщиной 3 мм, что слишком мало для практического применения. Хотя технология всё ещё находится на экспериментальной стадии, она обладает большим потенциалом для производства сложных устройств.

По данным CAS, многие детали для аэрокосмической отрасли, включая сопло ракет NASA, планер истребителя J-20 и топливный патрубок китайского самолёта C919, были изготовлены с использованием технологии 3D-печати. Благодаря возможности масштабирования в будущем новая технология получит более широкое применение.

Ан Хан (по данным Tech Times )

Ссылка на источник