تولید افزایشی آلیاژهای تیتانیم استحکام بالا و بسیار ریزدانه
Additive manufacturing of ultrafine-grained high-strength titanium alloys
تولید افزایشی که اغلب تحت عنوان پرینت سه بعدی شناخته می شود، فرایندی است که از طریق آن، یک قطعه به صورت لایه لایه ساخته می شود و یک روش مهم برای تولید قطعات نزدیک به شکل نهاییشان است. فرایند پرینت سه بعدی، فرایندهای تولید متداول را در تولید قطعات با پیچیدگی بالا به چالش کشیده است. آلیاژهای تیتانیم که از طریق تولید افزایشی ساخته می شوند در صنایع مختلف به کار رفته اند. با این وجود، نرخ سرمایش ذاتی بالا و گرادیان حرارتی بالای فرایند تولید افزایشی فلزات از طریق ذوب اغلب موجب می شود که یک میکروساختار ریزدانه ایجاد شود و دانه ها تقریبا ستونی شوند، که این وضعیت غالبا در آلیاژهای پایه تیتانیمی رخ می دهد (دانه های ستونی در قطعات تیتانیمی پرینت سه بعدی شده منجر به ناهمسانگردی خواص مکانیکی می شود و نامطلوب است. تلاش ها برای بهینه سازی پارامترهای فرایند تولید افزایشی نشان داده اند که تغییر شرایط برای ایجاد دانه های هم محور تیتانیمی دشوار است. برخلاف سایر آلیاژهای معمول مهندسی مانند آلومینیوم، هیچ ماده تجاری ای برای ریز کردن دانه های تیتانیم وجود ندارد که بتواند به صورت کارآمد میکروساختار آن را اصلاح کند.
به منظور اصلاح دانه بندی آلیاژهای تیتانیم تولید شده از طریق پرینت سه بعدی، در مقاله ای که در چند روز گذشته در مجله Nature منتشر شده است، آلیاژهای تیتانیم-مس را توسعه داده اند که در نتیجۀ پارتیشن بندی عناصر آلیاژی در حین انجماد، دارای ظرفیت سوپرکولینگ جزئی بالایی هستند که می تواند بر اثر منفی گرادیان گرمایی بالا در ناحیه ذوب شده با لیزر در طول فرایند تولید افزایشی، غلبه کند. در واقع، بدون هیچگونه کنترل ویژه بر فرایند یا عملیات اضافی، نمونه های آلیاژ تیتانیم-مس پرینت شده دارای میکروساختار کاملا ریزدانه و هم محور بودند. این نمونه خواص مکانیکی فوق العاده ای نیز نشان دادند که به دلیل تشکیل میکروساختار یوتکتوییدی بسیار ریزدانه می باشد که در نتیجۀ استفاده از نرخ سرمایش بسیار سریع و چرخه های چندگانه حرارتی فرایند تولید، ایجاد شده است.
پیش بینی می شود که این روش بتواند برای سایر سیستم های آلیاژی که واکنش یوتکتوییدی دارند نیز به کار رود که این آلیاژها کاربردهای فراوانی در صنعت هوا و فضا و زیست درمانی خواهند داشت.
گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (MatRes-مترس)
