При разработке материалов прочность и пластичность можно рассматривать как противоположные концы веревки. По мере повышения уровня одного свойства качество другого снижается. Таким образом, в интересах металлургов бросить вызов этому балансу и найти способы сделать металлы прочными, но с ними легко работать.
Недавнее исследование Бирмингемского университета в Великобритании показало, что 3D-печать может придать ультрамеханические свойства популярному стальному сплаву. Сосредоточившись на селективном лазерном плавлении (SLM), исследователи в сотрудничестве со Стокгольмским университетом и Чжэцзянским университетом в Китае сделали открытие, которое может привести к «следующему поколению конструкционных сплавов».
Сталь для программирования
Доктор. В исследовании Лейфэн Лю и др. проводится систематический электронный микроскопический анализ молекул в расплавленной и твердой стали, напечатанной на 3D-принтере.
Высокая скорость охлаждения, необходимая для нанесения слоя металла (от 1000 °C до 100 миллионов °C в секунду), означает, что кристаллическая структура твердой 3D-печатной стали неравномерна, «смещена», а не униформы, как это было бы при традиционной обработке. Процесс сверхбыстрого охлаждения создает в сплаве так называемое неравновесное состояние - твердое состояние, в котором молекулы неоднородны.
Открытие, сделанное в ходе этого исследования, заключается в том, что смещенные молекулы сохраняют ранее существовавшую сетчатую структуру на протяжении всего процесса затвердевания, функция которой заключается в модуляции неровностей в материале. Настраивая эту структуру, металлурги могли эффективно «программировать» молекулы стали для получения высокопрочного, пластичного продукта, подходящего для использования в дорогостоящих и высокопроизводительных приложениях.
Новый инструмент для проектирования сплавов
Доктор. Лю - научный сотрудник Бирмингемского Центра усовершенствованных характеристик и моделирования материалов (AMCASH). В заявлении об исследовании д-р Лю объясняет: «Известно, что технология 3D-печати позволяет производить объекты с ранее недоступными формами, и наша работа показывает, что она также дает возможность производить конструкционные сплавы следующего поколения со значительными улучшениями как прочности, так и прочности. и пластичность,”
«Эта работа дает исследователям совершенно новый инструмент для разработки новых систем сплавов с ультрамеханическими свойствами».
Сеть дислокаций в стали, изготовленной аддитивным способом, нарушает компромисс между прочностью и пластичностью, опубликована в Интернете в журнале Material Today. Его соавторами являются Лэйфэн Лю, Цинцин Дин, Юань Чжун, Цзи Цзоу, Цзин Ву, Ю-Лун Чиу, Цзисюэ Ли, Цзе Чжан, Цянь Юй и Чжицзянь Шэнь.