新热处理工艺进步金属3D打印零件极点条件的耐性和硬度

　　南极熊导读：金属3D打印元件在制作后一般需求经过热处理工艺。尤其是在航空航天和军工范畴，对零件的功能有着十分严厉的要求。它削减了制作进程中构成的内应力并改动了元件的形状。这种微观结构的改动会改动某些特点，例如耐性、硬度等。

　　2022年11月14日，南极熊得悉，麻省理工学院开发了一种新的热处理办法可改动金属3D打印的微观结构，使资料在极点热环境中更巩固、更有弹性。该技能可以使3D打印用于发电燃气轮机和喷气发动机的高功能叶片成为可能。一起可推进新的规划技能，这意味着人们还可取得更高的动力转化功率。

　　今日的燃气轮机叶片是经过传统的铸造工艺制作的，在这种工艺中，熔融金属被倒入杂乱的模具中并定向凝结。这些部件由地球上一些最耐热的金属合金制成，由于它们规划用于在极热的气体中高速旋转，动过动能为发电厂发电或为喷气发动机供给推力。

　　现在，人们对3D打印制作涡轮叶片的爱好越来越大，除了其环境和本钱优势外，它还可以让制作商快速出产出更杂乱、更节能的叶片。但3D打印涡轮叶片一向存在一个难以逾越的大妨碍：蠕变。

　　麻省理工学院航空航天事业波音工作开展教授Zachary Cordero说“在实践中，这意味着燃气轮机的寿数会更短或燃油功率更低。”

　　Cordero和他的搭档找到了一种改进3D打印合金结构的办法，办法是添加一个额定的热处理进程，将打印资料的细晶粒转化为更大的“柱状”晶粒，它是一种更巩固的微观结构，可以最大极限地削减资料的蠕变潜力，由于“柱”与最大应力轴对齐。研讨人员标明，这种办法为燃气轮机叶片的工业3D打印扫清了路途。

　　Cordero说“在不久的将来，咱们想象燃气轮机制作商，将在大型3D打印工厂打印他们的叶片，经过运用咱们的热处理对其进行后处理。3D打印将启用新的冷却架构，这样做的优点是可以进步涡轮机的热功率，使其发生相同数量的功率，一起焚烧更少的燃料，终究排放更少的二氧化碳。”

　　该团队的新办法是定向再结晶的一种方法，一种使资料以准确操控的速度经过热区的热处理，将资料的许多微观晶粒融组成更大、更巩固、更均匀的晶体。

　　定向再结晶技能发明于80多年前，并已使用于变形资料。在他们的新研讨中，该团队在3D打印的镍基高温合金时运用了定向再结晶办法。研讨人员将棒状高温合金的3D打印样品置于感应线圈正下方的室温水浴中。他们慢慢地将每根棒从水中拉出并以不同的速度穿过线摄氏度之间。

　　他们发现，以特定速度（每小时2.5毫米）并经过特定温度（1235摄氏度）拉制棒会发生峻峭的热梯度，然后引发打印资料的细粒度微观结构的改变。

　　Cordero解说说：“这种资料开始是带有缺点的小颗粒，称为位错，就像一根被损坏的意大利面条。当你加热这种资料时，这些缺点会消失并重新配置，而且晶粒可以成长。咱们经过耗费有缺点的资料和更小的晶粒来不断地拉长晶粒，该进程称为再结晶。”

　　冷却热处理棒后，研讨人员运用光学和电子显微镜查看了它们的微观结构，发现打印资料的微观晶粒被“柱状”晶粒或比原始晶粒大得多的长晶体状区域所替代。

　　首要作者Dominic Peachey说：“咱们现已彻底改动了它的结构。咱们可以标明经过将晶粒尺度添加几个数量级，构成很多的柱状晶粒，理论上这应该会导致蠕变功能的明显改进。”

　　该团队还标明，他们可以操控棒材样品的拉制速度和温度，以调整资料的成长晶粒，然后创立特定晶粒尺度和方向的区域。Cordero说：“这种操控水平可以使制作商打印出具有特定方位微观结构的涡轮叶片，一起，这些微观结构可以习惯特定的运转条件。”

　　Cordero计划在更挨近涡轮叶片的3D打印几许形状上测验热处理。该团队还在探究加速拉伸速度的办法，以及测验热处理结构的抗蠕变性。然后，经过他们的热处理办法完成3D打印的实践使用，以出产具有更杂乱形状和图画的工业级涡轮叶片。