تولید فولاد ضدزنگ (استینلس استیل) با ساختار لایه ای با استحکام و چقرمگی بالا از طریق تولید افزایشی (پرینت 3-بعدی)
Additively manufactured hierarchical stainless steels with high strength and ductility
فولادهای ضدزنگ گرید دریایی (Marine Grade Stainless Steel) ارزش بسیار بالایی دارند چرا که در محیط‌های بسیار خورنده، عملکرد مناسبی از خود نشان می‌دهند و همچنین چقرمگی قابل قبولی نیز دارند که موجب شده است این نوع فولادها در خطوط انتقال نفت، جوشکاری، ابزار آشپزخانه، تجهیزات شیمیایی، ایمپلنت‌های پزشکی، قطعات موتور و ذخیره‌سازی پسماند هسته‌ای به کار روند. با این حال، فناوری‌های متداول برای استحکام‌دهی این دسته از فولادهای ضدزنگ، همواره منجر به کاهش شدید چقرمگی شده‌اند که کاربرد آن‌ها را محدود کرده است.
اما محققین Lawrence Livermore National Laboratory در همکاری با دنشگاه Georgia Tech و Oregon State به پیشرفت چشمگیری در پرینت 3-بعدی یکی از متداول‌ترین فولادها از جنس فولاد ضدزنگ با گرید دریایی دست یافته‌اند -فولاد 316L- که همزمان، استحکام بسیار بالا و چقرمگی بسیار بالایی دارد.
در این پژوهش که نتایج آن در مجله Nature Materials منتشر شده است، فولاد ضدزنگ آستنیتی 316L در نظر گرفته شده است. از طریق استفاده از فناوری پخت بستر پودری با استفاده از لیزر (laser powder-bed-fusion technique) این نوع فولاد ساخته شده است که برخلاف روش‌های متداول، استحکام تسلیم و چقرمگی کششی بسیار بالایی داشته است. استحکام بالای این فولاد به ساختار سلولی، مرزدانه‌ها با زاویه کوچک، و نابجایی‌های تشکیل شده در حین تولید نسبت داده می‌شود که با توجه به فرایند انجماد ایجاد شده‌اند. این فولاد دارای ساختار لایه‌ای یا ترتیبی است (hierarchical) که علاوه بر کارسختی و افزایش استحکام، موجب شده که تغییر شکل این فولاد به صورت یکنواخت رخ دهد. همچنین جدایش عناصر آلیاژی محلول در ساختار در راستای دیواره‌های سلولی و مرزدانه‌ها با زاویه کوچک، سکون نابجایی‌ها را بهتر کرده و دوقلویی شدن را بیشتر می‌کنند. در واقع این کار پژوهشی اثبات می‌کند که فرایند نوین تولید افزایشی یا پرینت 3-بعدی می‌تواند آلیاژهایی با میکروساختار خاص را تولید کند که عملکردی عالی در کاربردهای ساختاری از خود نشان می‌دهند.
گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (MatRes)
