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用激光锻造内部：3D打印超耐热合金可征服极端环境

送交者: Smiley1[♀★★★★声望勋衔18★★★★♀] 于 2024-10-14 8:47 已读 1139 次 2赞

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中子实验揭示了一种特殊 3D 打印超合金的微观细节，这种超合金有可能降低组件成本。 (3D打印的金属样品宽约4英寸）。打印和热处理后的样品安装在基座上，暴露在中子束下，以分析残余应力或制造过程中产生的裂缝或空洞等不规则现象）。资料来源：橡树岭国家实验室

用于发电的先进燃气轮机等极端应用需要同样精密的材料。在这项研究中，科学家们研究了由两种高强度、耐高温金属组成的创新"超级合金"的应力效应。研究小组利用三维打印技术制作了这些合金，这种技术利用激光将金属粉末塑造成特定形状。随后，他们利用中子分析了打印金属的内部结构。

研究发现，热处理能有效缓解制造过程中产生的应力。此外，研究还发现，这些应力更多地受到特定制造参数而非金属化学成分的影响。

研究小组巧妙地利用基于激光的三维打印技术，用两种不同的金属（铬镍铁合金 718 和雷尼 41）制造出了合金，而且没有出现任何裂纹。中子实验促进了一种增强型方法的开发，该方法可在整个制造过程中准确、高效地评估金属中的应力水平。这些发现将有助于生产出更坚固、更先进、制造成本更低的合金。这些合金对于极端环境下的应用至关重要。

增材制造或三维打印是一种通过逐层制造金属零件和其他类型材料的新方法。该研究项目由通用电气公司、爱迪生焊接研究所和橡树岭国家实验室（ORNL）的研究人员共同完成，他们打印了一种合金，其两端由因科镍合金 718 和雷尼 41 组成，中间为成分分级区。该研究评估了合金的应力和成分变化。为此，研究人员在膨胀中子源（SNS）和位于ORNL的高通量同位素反应堆（HFIR）进行了中子实验，这两个设施都是能源部科学办公室的用户设施。中子非常适合研究材料的内部应力，因为它们可以穿透致密的金属。

利用 SNS 的 VULCAN 衍射仪和 HFIR 的 MARS 成像仪，研究人员测量了残余晶格应变的分布，以了解材料的残余应力和成分在不同加工阶段的变化情况。中子研究表明，残余应力主要是制造过程造成的，可以通过热处理来缓解。研究发现，激光停留时间越长或能量越高，应力越大。中子研究还帮助公司建立了一种更有效的方法来分析金属，提高金属的实用性，从而利用增材制造技术以更低的成本制造出更好的零件。

编译自/SciTechDaily

DOI: 10.3389/ftmal.2022.1070562

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