Прорыв в 3D печати 316L марки нержавеющей стали. AISI 316L марка стали. Аналитика БалтикИнокс

Прорыв в 3D печати 316L марки

Инновационное открытие в 3D печати  нержавеющей стали 316L марки предоставило ценные сведения о том, как проконтролировать механические свойства в материалах, напечатанных 3D-способом.

«Морской сплав» нержавеющей стали ценится за возможность его применения в условиях коррозийной среды и за его высокую эластичность (возможность сгибаться без поломок под нагрузкой), делая его предпочтительным вариантом для постройки нефтетрубопроводов, сварочных работ, производства кухонных принадлежностей, химического оборудования, медицинских имплантов, деталей двигателя, а также для хранения ядерных отходов. В то же время, традиционные методы усиления этого класса нержавеющей стали обычно связаны с расходами на растяжимость.

Исследования Национальной лаборатории Lawrence Livermore, наряду с национальной лабораторией Ames, техническим университетом Джорджии и государственным университетом Орегона, совершили прорыв в 3D печати одного из наиболее распространенных морских сплавов – марки 316L нержавеющей стали, которая обеспечивает единственное в своем роде сочетание большой прочности и высокопластичных качеств для общедоступных сплавов. Исследование появилось онлайн в журнале Nature Materials. «Для того, чтобы напечатать пригодные детали, необходимо, чтобы характеристики материала были как минимум такие же, как в случае с традиционным металлургическим производством», говорят материаловеды Национальной лаборатории Lawrence Livermore и ведущий автор Morris Wang. «Нам удалось напечатать в лаборатории настоящие детали из нержавеющей стали 316L марки, и представленные материалы были в действительности лучше, чем те, которые сделаны традиционным способом. Это действительно большой прыжок. Это делает технологию послойной печати  очень привлекательной и восполняет крупный пробел». Wang говорит, что такая методика может открыть шлюзы для широкого распространения 3D печати деталей из нержавеющей стали , особенно в аэрокосмической области, автомобилестроении и нефтегазовой промышленности, где прочные и тягучие материалы необходимы, что бы выдерживать критические нагрузки  в неблагоприятной окружающей среде. 

Преодоление пористости 

Для успешного достижения и превышения эксплуатационно-технических характеристик нержавеющей стали 316L марки, исследователи сперва должны преодолеть главное препятствие, ограничивающее возможности высококачественной 3D печати металла: пористость, полученная в процессе лазерной плавки металлического порошка, которая может  стать причиной изнашивания частей и их ломкости. Исследователи решили эту проблему путем оптимизации плотности, включая эксперименты и компьютерное моделирование, и путем воздействия на исходную микроструктуру материала. «Микроструктура, которую мы разрабатываем, преодолевает границы традиционного соотношения «прочность-ковкость», сказал Wang. «Вы хотите сделать сталь прочнее, но по сути вы теряете ковкость; вы не можете получить и то, и то. Но 3D печать позволяет нам сдвинуть границу за пределы существующего соотношения».  

Исследователи распечатали тонкие платины из нержавеющей стали  марки 316L для механического тестирования. Для этого они использовали две разные лазерные установки с технологией 3D печати путем плавления металлического порошка. Технология лазерного плавления по сути создаёт сотовую иерархию на подобие структур, которые могут настраиваться на изменение механических свойств, говорят исследователи.

 «Ключ к решению был в том, что бы настроить все характеристики и смотреть, какие свойства мы получаем», говорит ученый Alex Hamza, который  контролировал  аддитивное производство нескольких  деталей. «Когда вы аддитивно производите 316L, получается интересная зернистая структура, что-то вроде витражного окна. Зерна не очень мелкие, но сотовая структура и другие  погрешности внутри зерен, которые  обычно видны при сварке, кажется контролируют свойства металла. Это было открытие. Мы не ставили своей целью сделать что-то лучшее, чем традиционное производство; просто так получилось».

Результаты анализа нового материала

Исследователь лаборатории в звании доктора наук Thomas Voisin , ключевой источник информации, представил подробные характеристики металла, отпечатанного 3D способом, с момента присоединения к лаборатории в 2016 году. Он верит, что исследование может предоставить новое понимание соотношения структура -свойства для аддитивно произведенных материалов.

«Деформация металла главным образом контролируется тем, как наномасштабные погрешности перемещаются и взаимодействуют в микроструктуре», сказал Voisin. «Примечательно то, что эта сотовая структура действует как фильтр, позволяя некоторым дефектам свободно передвигаться, и это обеспечивает необходимую эластичность, в то время как структура блокируют некоторые другие перемещения для получения прочности. Наблюдая за этими механизмами и понимая их комплексность, сейчас мы можем думать о новых путях контроля механических свойств этих материалов, распечатанных 3D-способом».

Wang сказал, что проект пользуется плодами долгих лет имитаций, моделирования и экспериментов, проведенных в лаборатории для понимания связи между микроструктурой и механическими свойствами. Он называет нержавеющую сталь «суррогатным материалом»: системой, которая может быть использована для других видов металлов.

Окончательная цель, по его словам, использовать высокую производительность вычислительной техники, чтобы обосновать и спрогнозировать развитие нержавеющей стали, используя модели контроля исходной микроструктуры, и открыть, как сделать высококачественную сталь, включая коррозиеустойчивую. Исследователи обратят внимание на применение подобной стратегии для других легких сплавов, более хрупких и предрасположенных к растрескиванию.

Работа заняла несколько лет и потребовала участие исследовательской лаборатории, которая выполняет рентгеновскую дифракцию для понимания характеристик материала. Участие принимал и университет Джорджии, который обеспечил моделирование, что дало понять, каким образом материал может обладать высокой прочностью и высокой ковкостью одновременно. А Штат Орегон обеспечил анализ характеристик и определение состава материала. 


Наши специальные акции и скидки

Подписывайтся чтобы ничего не пропустить