La impresión

3D puede permitir que la fabricación eficiente de estructuras elaboradas difíciles se dé cuenta convencionalmente sin desperdicio, como las geometrías huecas de los componentes aeronáuticos de SuperAloy de Nickel-based. Para aprovechar al máximo este método, se debe avanzar hacianuevas aleaciones y procesos.

 

    Conventional fabricación de superaleación

superaloys, una familia de mezclas de metal basadas enníquel, cobalto o hierro, son resistentes a la deformación de alta temperatura, la corrosión y la oxidación, particularmente cuando se opera a temperatura elevada cerca de su punto de fusión. Fueron desarrollados por primera vez para los componentes de la turbina de gas en los motores Turbojet, y ahora se usan ampliamente para aplicaciones de alta temperatura en las industrias de generación aeroespacial y de energía. Para lograr estas propiedades a alta temperatura (tanto mecánica y química), control microestructural es crítico y está activado por una combinación de específico de aleación adiciones de elementos y procesos de fabricación cuidadosas.

 

Nickel-based superaleaciones, la-developed superaleación familia más temprano y mejor, se basan en una microestructura de dos fases que consiste en una fase de fortalecimiento-a dispersión de precipitados (de L12 cristalografía (Ni, Co) 3 (al, Ti, Ta) ) llamado γ '-gría en una matriz de CR-enrichedni. También se pueden agregar otros elementos de aleación, como refractarios (re, mo, w) o metaloides (B, C). Sobre la base de su química, estas aleaciones son algunas de las humanidades más complejas diseñadas. Durante el procesamiento convencional, esta precipitación crucial se produce a través de una reacción de difusión-controlada durante el enfriamiento en el rango de temperatura 1000-750 ° C1.

 

--Manufacturas es tradicionalmente el 'Aquiles' talón' de aplicaciones de superaleación--~structurally suenan propiedades mecánicasno se han logrado sin larga-winded y costoso de fabricación sustractiva a través de mecanizado de piezas de fundición. Hoy en día, todavía utilizamos procesos de fundición de inversión de precisión que se remontan a la antigüedad clásica. Por ejemplo, para producir una hoja de turbina de motor a reacción, tanto un modelo de cera como una réplica de sílice-based de los canales de enfriamiento para crear un molde de cerámica para cada componente producido, en el que los kilogramos de metal fundido se estén al vacío. La refrigeración a las condiciones ambientales tarda varias horas, y es imposible suprimir la precipitación de los precipitados γ durante el enfriamiento; Además, senecesita un tratamiento térmico posterior muy cuidadoso de varias horas a--justo debajo de la temperatura de fusión/

 

---------/-PA Reduce la segregación de dendrítico químico de la ruta de la fundición. Finalmente, se requiere mecanizado para dar forma a la geometría final de la hoja de turbina intrincada. El proceso de fundición de inversión implica varios controles químicos y procesos con un residuo significativo

Scrappage generado durante la fundición y el mecanizado posterior de las partes de la turbina: solo alrededor del 10% de la superalloy termina como productos terminados2.

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3D impresión como unanueva vía de tratamiento para superaleacionesimpresión-Si usa 3D, o la fabricación aditiva (AM), en lugar de fundición de precisión permite el procesamiento que se produzca radicalmente diferente, con Pasos de fabricación reducidos y residuos mínimos de procesamiento. El láser-based La fusión y la consolidación del polvo sólido de unas pocas decenas de micrones de diámetro, la capa-BY-LAYER, en la entrada directa de un sistema de diseño de computadoraeed (CAD), confiere una libertad de diseño sin etiquetaYET. : Estructuras huecas, espumalike o enrejada

based arquitecturas, con un uso más efectivo de los materiales en un aditivo en comparación con la forma suxtiva. Además, el proceso de AM, con su fusión y re

melting de tamaño de polvo fino en la longitud de micrones y la escala de tiempo, conduce a altas tasas de enfriamiento de 103-106 ° C
y una respuesta metalúrgica muy diferente al procesamiento3. La solidificación da lugar a una microestructura celular muy fina en lugar de verdrítica4, que elimina virtualmente la segregación dendrítica que se encuentra en el procesamiento convencional, eliminando lanecesidad de un paso de homogeneización química. La precipitación de γ 'también se suprime por la velocidad de enfriamiento severa, lo que permite que la precipitación de NANO

SCALE se adapte a la medida durante el tratamiento térmico posterior para mejorar las propiedades5. La fase de precipitación puede optimizarse mediante el diseño denuevos protocolos de tratamiento térmico para obtener microestructuras deseables asociadas con una alta resistencia en AM superalloys6. \\ N \\n \\n \\nSin embargo, la aplicación generalizada de AM en superaleaciones para estructuras huecas complejas tales como aero \\ álabes de la turbina Njet Todavíano es sencillo. Para aprovechar con éxito las técnicas de AM en Superalloys,necesitamos una mejor comprensión de la ciencia del proceso; Muchos aspectos de la misma son oscuros porque los fundamentos de AM involucran múltiples fenómenos físicos y químicos a través de escalas de longitud y tiempo (ver Fig. 1). Por ejemplo, cuando el láser entra en contacto con el polvo de metal, todos los cuatro estados de materia \\n \\n \\n \\ Nsolid, líquido, vapor de gas y plasm \\n \\ninteract7, y muy pocos si existen modelos de física \\nbased. para abordar esta complejidad. Además, lanaturaleza de los ciclos térmicos rápidos y repetidos induce gradientes térmicos intensos y, por lo tanto, los estados químicos, estructurales y mecánicos que son metastables, desencadenando defectos metalúrgicos8 que ponen en peligro las propiedades9. \\ N \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\nFinalmente, la mayoría de las superaloys convencionalesno pueden ser fácilmente migrado de la fundición de la inversión a la impresión 3D porque se han optimizado para rutas de procesamiento específicas, por ejemplo, forjando \\n \\n, \\n \\nwelding y casting. Debido al ciclo térmico rápido y repetido del proceso AM, lasnuevas composiciones que aprovechan estos parámetros de procesamiento se pueden diseñar a través de un enfoque de composición computacional \\nProcess \\ NDRiven para adaptar la microestructura y las propiedades para las tarifas de enfriamiento de AM. Lasnovelas calificaciones de superaleaciones optimizadas para la impresión 3D y diseñadas para mitigar los defectos metalúrgicos, como la porosidad y el agrietamiento10, por lo tanto, los componentes críticos de \\ntempperature son, por lo tanto, clave para exitoso Comercial Tomar \\ N \\ N \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n \\n