Tecnologia de tractament tèrmic de recristal·lització

Una vareta fina de superaliatge imprès en 3D s'extreu d'un bany d'aigua i es passa per una bobina d'inducció, on s'escalfa a una temperatura que canvia la seva microestructura, fent que el material sigui més elàstic.

Les pales de les turbines de gas es fabriquen normalment mitjançant processos de fosa tradicionals. Els fabricants aboquen metall fos en motlles complexos, cosa que permet que es solidifiqui direccionalment, i després utilitzen una varietat d'eines de mecanitzat per acabar les peces metàl·liques finals. Les pales han de poder girar a altes velocitats en gasos extremadament calents per generar electricitat a les centrals elèctriques i proporcionar empenta als motors a reacció.

Tanmateix, hi ha un interès creixent en la fabricació de pales de turbines mitjançant la impressió 3D, un mètode que és rendible i mediambientalment i que permet als fabricants produir geometries de pales més complexes i eficients energèticament. Malauradament, hi ha un gran obstacle per superar: l'arrossegament.

La fluència és la tendència dels metalls a deformar-se permanentment sota una tensió mecànica sostinguda i temperatures elevades. Investigacions anteriors han trobat que el procés d'impressió 3D produeix partícules fines que van des de desenes a centenars de micres de mida. Tot i que amb prou feines és visible a simple vista, aquesta microestructura és especialment susceptible a la fluïdesa.

"En termes pràctics, això significa que les turbines de gas tindran una vida útil més curta o seran menys eficients en combustible", explica Zachary Cordero, professor de desenvolupament professional de Boeing d'Aeronàutica i Astronàutica al MIT.

Per resoldre aquest problema, Cordero i els seus col·legues van trobar una manera de millorar l'estructura dels aliatges impresos en 3D afegint un nou pas de tractament tèrmic. Aquest mètode transforma els grans fins del material imprès en grans "columnars" més grans, una microestructura més forta que minimitza la fluïdesa del material. Els "pilars" de gra estan alineats amb l'eix de màxima tensió.

Els autors del nou estudi afirmen que un nou mètode de tractament tèrmic podria revolucionar la impressió industrial en 3D de pales de turbines de gas.

Cordero va dir: "En un futur proper, esperem que els fabricants de turbines de gas imprimin les seves pales i pales a grans plantes de fabricació additiva i després les processin mitjançant el nostre tractament tèrmic. La impressió 3D permetrà noves arquitectures de refrigeració que milloraran l'eficiència tèrmica del turbina, produint així la mateixa quantitat d'electricitat mentre es cremen menys combustible i, finalment, emeten menys diòxid de carboni".

Configuració de recristal·lització direccional. Traieu la mostra del refrigerant a través de la zona calenta. El fort gradient tèrmic davant de la zona calenta manté una alta densitat de dislocació que condueix al front de recristal·lització.

​