2024'te 3D bask? teknolojisi alan?ndaki ikinci Science makalesi 8 ?ubat'ta yay?mland?.

(bir yerden) gelmekQueensland üniversitesi, Avustralya(Jingqi Zhang ve di?erleri,)Chongqing üniversitesi(Ziyong Hou, Xiaoxu Huang),Danimarka Teknik üniversitesiOrtak ekip, "?ki i?levli ala??m tasar?m? yoluyla ultra düzgün, gü?lü ve sünek 3D bask?l? titanyum ala??m?" ba?l?kl? bir makale yay?nlad?. ?ki i?levli ala??m tasar?m? yoluyla ultra düzgün, gü?lü ve sünek 3D bask?l? titanyum ala??m?".3D bask? ile haz?rlanan titanyum ala??m?na ula??ld?Akma mukavemeti 926 MPa ve süneklik 261 TP3T ile mukavemet ve süneklik dengesi sa?lanm??t?r.

Ara?t?rma ge?mi?iKaba sütunlu taneler ve düzensiz da??lm?? fazlar genellikle metal 3D bask? s?ras?nda ortaya ??kar ve bu da düzensiz veya hatta zay?f mekanik ?zelliklere neden olur. Ara?t?rma, 3D bask? ile titanyum ala??mlar?n?n yüksek mukavemet ve tutarl? ?zelliklerini elde etmek i?in do?rudan bir yakla??m sa?layan bir tasar?m stratejisini i?ermektedir. Toz metal kar???mlar?na molibden (Mo) eklenmesinin faz stabilitesini art?rd??? ve 3D bask?l? ala??mlar?n mukavemet, süneklik ve gerilme ?zelliklerinin homojenli?ini geli?tirdi?i g?sterilmi?tir. Ayn? say?daki bir Science inceleme makalesi, metodolojinin di?er toz kar???mlar?na uygulanmas?n?n ve geli?mi? ?zelliklere sahip farkl? ala??mlar?n uyarlanabilmesinin umut verici oldu?unu belirtmi?tir.

Metal 3D bask?l? ala??mlar?n tek tip olmayan ?zelliklerinin ana nedeni ?unlard?r: Katman katman 3D bask? sürecinde, tipik olarak 10³-10⁸K/s'lik yüksek so?utma h?z?, metal tozunun eritildi?i eriyik havuzunun kenar? ve taban? yak?n?nda ?nemli bir termal gradyan olu?turur. Termal gradyan, yeni eritilen malzeme ile a?a??daki kat? malzeme aras?ndaki arayüz boyunca epitaksiyel tane büyümesine neden olur ve taneler eriyik havuzunun merkezine do?ru büyür. ?ok katmanl? bask? s?ras?nda ?s?tma ve k?smi yeniden eritme d?ngüleri sonunda büyük sütunlu tanelerin ve homojen olmayan ?ekilde da??lm?? fazlar?n olu?mas?na yol a?ar; bunlar?n her ikisi de anizotropiye ve mekanik ?zelliklerin bozulmas?na yol a?abilece?inden istenmeyen durumlard?r.

?e?itli metalik malzemelerin mukavemet-sünekli?i

Titanyum ala??mlar? en yayg?n kullan?lan metal 3D bask? malzemelerinden biridir. Ortam s?cakl?klar?ndaki mühendislik uygulamalar?nda, uygun titanyum ala??mlar? tipik olarak yüzde 10-25'lik bir gerilme uzamas? sergiler ve bu da iyi malzeme güvenilirli?ini yans?t?r. Daha fazla uzama (süneklik) daha kolay ?ekillendirmeyi kolayla?t?r?r ve baz? uygulamalarda tercih edilirken, bu uzama aral???nda artan mukavemet genellikle mekanik yüklere dayanmak i?in tercih edilir. Mukavemet ve süneklik aras?ndaki denge, metalik malzemelerin i?lenmesi i?in hem geleneksel hem de eklemeli üretim tekniklerinde her zaman g?z ?nünde bulundurulmal?d?r.

Mukavemet ve sünekli?i geli?tirmeye y?nelik stratejiler ve s?n?rlamalar

3D bask?l? ala??mlar?n mukavemetini ve sünekli?ini art?rmak i?in ?e?itli stratejiler vard?r. Bunlar aras?nda ala??m tasar?m?n?n optimizasyonu, proses kontrolü, ince tane s?n?rlar?n?n gü?lendirilmesi ve tane mikroyap?s?n?n modifikasyonunun yan? s?ra istenmeyen (k?r?lgan) fazlar?n bast?r?lmas?, ikinci fazlar?n eklenmesi ve son i?lem yer almaktad?r. ?u anda, sütunlu kristaller ve istenmeyen fazlar sorunlar?n? ele alan ara?t?rmalar, mikro yap?y? ve faz bile?imini de?i?tirmek i?in elementlerin in situ katk?lanmas?na odaklanmaktad?r. Bu yakla??m ayn? zamanda izometrik kristallerin, yani uzunlamas?na ve enine eksenler boyunca yakla??k olarak e?it tane boyutlar?na sahip yap?lar?n olu?umunu te?vik eder. In situ ala??mlama, mukavemet ve süneklik aras?ndaki dengenin üstesinden gelmek i?in umut verici bir yol sunar.?zellikle toz yata?? füzyonu ve y?nlendirilmi? enerji biriktirme gibi 3D bask? teknolojilerinde.

Ara?t?rmac?lar, 3D bask?l? ala??mlara farkl? elementler eklerken tane morfolojisini ve mekanik ?zellikleri ara?t?rd?lar. ?rne?in, nanoseramik zirkonyum hidrit partiküllerinin bas?lamayan alüminyum ala??mlar?na katk?lanmas?, rafine edilmi? bir e? eksenli tane mikro yap?s?na ve i?lenmi? malzemelerle kar??la?t?r?labilir gerilme ?zelliklerine sahip bas?labilir ve ?atlaks?z malzemelerle sonu?lanm??t?r. Ancak titanyum ala??mlar? i?in, piyasada bulunan tane incelticilerin genellikle tane yap?s? üzerinde s?n?rl? etkisi vard?r. Titanyum ala??mlar?n?n inceltme mekanizmalar?, ?zellikle de 3D bask? kat?la?mas? s?ras?nda sütunludan izometri?e ge?i?, kapsaml? bir ?ekilde incelenmi?tir, ancak verimlilik s?n?rlamalar? devam etmektedir. Bu engelin üstesinden gelme giri?imleri aras?nda de?i?en i?leme parametreleri, yüksek yo?unluklu ultrasonik uygulamalar, ala??m tasar?m? yoluyla istenen heterojen yap?lar?n tan?t?lmas?, heterojen ?ekirdeklenme b?lgelerinde tane inceltici olarak ??zünen maddelerin eklenmesi ve yüksek a??r? so?utma kapasitesine sahip ??zünen maddelerin dahil edilmesi yer almaktad?r. Titanyumdaki ??zünürlü?ü s?n?rlayan β-?tektik stabilizat?r elementler Cu, Fe, Cr, Co ve Ni gibi elementler.

Yeni ara?t?rma büyük at?l?mlara yol a??yorTitanyum ala??mlar?nda k?r?lgan metaller aras? ?tektiklerin olu?umuna yol a?abilen β-?tektik stabilizat?r elementleri kullanmak yerine, ara?t?rmac?lar Ti-5553 (Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr) i?in β-homokristalin grubundan [niyobyum (Nb), tantal (Ta) ve vanadyum (V) dahil] Mo'yu se?tiler. Yerinde ala??mlama i?lemi s?ras?nda molibden, erimi? havuza hassas bir ?ekilde ta??n?r ve her tarama katman? s?ras?nda kristal olu?umu ve inceltme i?in bir tohum ?ekirde?i g?revi g?rür. mo katk?s?, büyük sütunlu kristallerden ince e? eksenli ve dar sütunlu yap?lara ge?i?i te?vik eder. mo ayr?ca istenen β faz?n? stabilize eder ve termal d?ngü s?ras?nda faz heterojenli?inin olu?umunu engeller.

Mo katk?l? Ti-5553 titanyum ala??m?n?n karakterizasyonu

Ara?t?rmac?lar, Ti-5553+5Mo'nun akma dayan?m? ve kopma uzamas?n?, L-PBF durumunda ve bask? sonras? ?s?l i?lem alt?nda üretilen Ti-5553 (Ti-55531 ve Ti-55511'in yan? s?ra) ile kar??la?t?rd?. Ti-5553 ve fabrikasyon haldeki benzer ala??mlar? ile kar??la?t?r?ld???nda, Ti-5553+5Mo kar??la?t?r?labilir akma dayan?m? g?sterirken ?nemli ?l?üde geli?tirilmi? süneklik g?sterir. Bask? sonras? ?s?l i?lem, L-PBF ile üretilen Ti-5553'ün mekanik ?zelliklerini dengelemek i?in yayg?n olarak kullan?lmaktad?r. Belirli ?s?l i?lem ko?ullar? alt?nda yüksek akma dayan?mlar? (>1100 MPa) elde edilebilmesine ra?men, süneklik genellikle <10% kopma uzamas? ile ?nemli ?l?üde bozulur ve bu da güvenlik a??s?ndan kritik uygulamalarda kullan?m? s?n?rlar. ?rne?in, titanyum endüstrisinin beygiri olarak adland?r?lan Ti6Al4V'nin tavsiye edilen minimum kopma uzamas? 101 TP3 T'dir. Buna kar??l?k, a?a?? ak?? ?s?l i?lemine gerek kalmadan, Ti-5553+5Mo malzemeden do?rudan bas?lan par?alar, L-PBF, mükemmel bir mukavemet ve süneklik dengesi sergiler ve bu da onlar? benzer ala??mlar aras?nda ?ne ??kar?r. Nihayetinde, ara?t?rmac?lar bu stratejiyi a?a??dakileri imal etmek i?in kulland?larMükemmel ?zellik bütünlü?üne sahip malzeme, akma dayan?m? 926MPa, kopma uzamas? 26%.

L-PBF ile üretilen Ti-5553'ün mikroyap?s? ve mekanik ?zellikleri

L-PBF ile üretilen Ti-5553 ve Ti-5553+5Mo'nun mekanik ?zellikleri

Ti-5553+5Mo'nun mekanik ?zellikleri son derece homojendi ve Ti-5553'ünkilere g?re geli?tirilmi?ti. Par?a kalitesini de?erlendirmek i?in yap?lan mikro odakl? bilgisayarl? tomografi (mikro-BT) taramas?, her iki malzemenin de s?ras?yla 0,004024% ve 0,001589% toplam g?zenek hacmi fraksiyonlar? ile ?ok yüksek yo?unluklar sergiledi?ini ortaya koymu?tur. bu tür yüksek yo?unluklar, g?zeneklili?in Ti-5553'ün yüksek oranda da??lm?? gerilme ?zelliklerine neden olma olas?l???n?n dü?ük oldu?unu ve Ti-5553+5Mo'nun mekanik ?zelliklerinin yüksek tutarl?l??? ile tutarl? oldu?unu g?stermektedir. +5Mo mekanik ?zelliklerin yüksek tutarl?l???. Mo ilavesinin tane yap?s? üzerindeki etkisini ortaya ??karmak i?in ara?t?rmac?lar, Ti-5553 ve Mo katk?l? Ti-5553'ün elektron geri sa??lma k?r?n?m? (EBSD) karakterizasyonunu ger?ekle?tirdiler.Ti-5553'ün mikroyap?s?, gü?lü bir kristal ?rgü sergileyen tarama y?nü boyunca nispeten büyük tanelerden olu?ur. Ti-5553'e 5.0 wt% Mo eklenmesi, tane yap?s?nda ve ilgili kristal yap?da ?nemli de?i?ikliklere yol a?ar. Ti-5553+5Mo'nun tarama izlerinin kenarlar? boyunca olu?an bir?ok ince e? eksenli taneler (~20 μm ?ap?nda) olduk?a g?rünürdür. Buna kar??l?k, Ti-5553+5Mo'nun mikroyap?s?, tektonik y?n boyunca ince e? eksenli taneler ve dar sütunlu kristaller ile karakterize edilir. Mikroyap? daha yak?ndan incelendi?inde, ince sütunlu tanelerin periyodik da??l?m? ortaya ??kmaktad?r. Ti-5553'te birden fazla katmana yay?lan yüksek oranda ?rülmü? sütunlu kristallerin aksine, Ti-5553+5Mo'daki sütunlu kristallerin uzunluk ?l?e?i eriyik havuzu boyutu taraf?ndan belirlenir ve kristal ?rgüsü rastgele ve zay?f hale gelir.

Ti-5553 ve Ti-5553+5Mo'nun mikroyap?sal karakterizasyonu

Ti-5553 ve molibden katk?l? Ti-5553'ün faz analizi

Ti-55535'ten yap?lan k?r?lma numunelerinin EBSD karakterizasyonuSON

Ancak ara?t?rmac?lar mikroyap?da ??zünmemi? molibden partikülleri tespit etmi?lerdir ve bunlar?n potansiyel etkileri bilinmemektedir. Asl?nda, in situ ala??mlama stratejilerinde ??zünmemi? par?ac?klar?n rastgele varl???, mekanik ve korozyon ?zellikleriyle ilgili endi?eleri art?rmaktad?r. ?rne?in, in situ ala??m eklenmi? partiküllerin tamamen erimesi daha yüksek enerji gerektirebilir ve a??r? ?s?nma mikroyap?sal de?i?ikliklere ve mekanik ?zelliklerin bozulmas?na yol a?abilir. Ayr?ca, ??zünmemi? Mo partiküllerinin neden oldu?u dinamik yorulma ve korozyon ?zellikleri bilinmemektedir. Bask? sonras? ?s?l i?lem ??zünmemi? partikülleri ortadan kald?rabilse de, mekanik ?zellikleri etkileyebilecek mikro yap?y? de?i?tirebilir.

Genel olarak, bu Bilim ?al??mas?nda ?nerilen tasar?m stratejisi, farkl? metal tozu hammaddelerini, farkl? yazd?r?labilir ala??m sistemlerini, farkl? 3D bask? tekniklerini ve geli?mi? ?ok malzemeli bask?y? ke?fetmek i?in yollar a?maktad?r. Ayr?ca sütunlu tanelerin olu?umunu engeller ve istenmeyen faz homojensizliklerini ?nler. Bu sorunlar, her bir tozun bask? parametrelerinden etkilenen farkl? termal da??l?mlar nedeniyle ortaya ??kar. Strateji ayn? zamanda bas?l? durumdaki mukavemet ve süneklik aras?ndaki dengenin üstesinden gelerek, bask? sonras? i?lemlere olan ihtiyac? en aza indiriyor ve ?üphesiz 3D bask? alan?nda bir ara?t?rma patlamas?na yol a?acak avantajlar sa?l?yor.