과학자들은 발전 터빈과 같은 극한 환경에서 사용할 수 있는 더 강한 금속을 만드는 새로운 방법을 개발했습니다. 3D 프린팅과 중성자 기술을 사용해 금속을 분석한 결과, 열처리가 금속 내부의 응력을 줄여 내구성을 높일 수 있다는 사실을 발견했습니다.
전기를 생산하는 데 사용되는 고급 가스 터빈과 같은 극한 응용 분야에는 똑같이 정교한 재료가 필요합니다. 본 연구에서 과학자들은 두 개의 고강도, 고온 저항성 금속으로 구성된 혁신적인 "초합금"의 응력 효과를 조사했습니다. 팀은 레이저를 사용하여 금속 분말을 특정 모양으로 만드는 3D 프린팅 기술을 사용하여 이러한 합금을 만들었습니다. 그런 다음 중성자를 사용하여 인쇄된 금속의 내부 구조를 분석했습니다.
연구에 따르면 열처리는 제조 과정에서 발생하는 응력을 효과적으로 완화할 수 있는 것으로 나타났습니다. 더욱이, 이번 연구에서는 이러한 응력이 금속의 화학적 조성보다는 특정 제조 매개변수에 의해 더 큰 영향을 받는다는 사실을 발견했습니다.
연구팀은 레이저 기반 3D 프린팅 기술을 교묘하게 사용하여 서로 다른 두 금속(Inconel 718 및 Rainey 41)으로 균열 없이 합금을 만들었습니다. 중성자 실험을 통해 제조 공정 전반에 걸쳐 금속의 응력 수준을 정확하고 효율적으로 평가할 수 있는 향상된 방법이 개발되었습니다. 이번 발견은 제조 비용이 더 저렴하고 더 강하고 진보된 합금을 생산하는 데 도움이 될 것입니다. 이러한 합금은 극한 환경의 응용 분야에 매우 중요합니다.
적층 제조 또는 3D 프린팅은 금속 부품 및 기타 유형의 재료를 층별로 제조하는 새로운 방법입니다. General Electric Company, Edison Welding Institute 및 Oak Ridge National Laboratory(ORNL)의 연구원들이 공동으로 진행한 연구 프로젝트에서는 양쪽 끝 부분에 인코넬 718과 Raney 41로 구성된 합금을 인쇄하고 중앙에 구성 등급 영역을 인쇄했습니다. 이 연구에서는 합금의 응력과 구성 변화를 평가했습니다. 이를 위해 연구진은 DOE Office of Science 사용자 시설인 ORNL의 Swelling Neutron Source(SNS)와 High Flux Isotope Reactor(HFIR)에서 중성자 실험을 수행했습니다. 중성자는 밀도가 높은 금속을 관통할 수 있기 때문에 재료의 내부 응력을 연구하는 데 이상적입니다.
연구진은 SNS의 VULCAN 회절계와 HFIR의 MARS 이미저를 사용하여 잔류 격자 변형의 분포를 측정하여 다양한 가공 단계에서 재료의 잔류 응력과 구성이 어떻게 변하는지 이해했습니다. 중성자 연구에 따르면 잔류 응력은 주로 제조 공정에서 발생하며 열처리를 통해 완화될 수 있습니다. 연구에 따르면 레이저 체류 시간이 길수록 또는 에너지가 높을수록 응력이 더 커지는 것으로 나타났습니다. Neutron 연구는 또한 회사가 금속을 분석하는 보다 효율적인 방법을 확립하는 데 도움이 되었으며, 적층 제조를 사용하여 더 낮은 비용으로 더 나은 부품을 만드는 데 더 유용하게 만들었습니다.
/SciTechDaily에서 편집됨
DOI:10.3389/ftmal.2022.1070562