توفر التكنولوجيا الجديدة في المعالجة الحرارية مقاومة فائقة للمعادن

توفر التكنولوجيا الجديدة في المعالجة الحرارية مقاومة فائقة للمعادن
توفر التكنولوجيا الجديدة في المعالجة الحرارية مقاومة فائقة للمعادن - تهدف Cordero إلى اختبار المعالجة الحرارية باستخدام أشكال مطبوعة ثلاثية الأبعاد تحاكي شفرات التوربينات عن كثب. يختبر الفريق أيضًا مقاومة الزحف للهياكل المعالجة بالحرارة ويبحث عن طرق لتسريع معدل الانكماش. بعد ذلك ، يعتقدون أن المعالجة الحرارية ستجعل من الممكن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد بطريقة عملية لإنشاء شفرات توربينات من الدرجة الصناعية ذات أشكال وأنماط أكثر تعقيدًا. ستمكّن الأشكال الجديدة للشفرات والشفرات من تطوير توربينات الغاز الأرضية وفي نهاية المطاف تكون محركات الطائرات أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. يكتب: "حتى عن طريق زيادة كفاءة هذه الأجهزة ، يمكن أن يؤدي ذلك ، من وجهة نظر أساسية ، إلى خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون". تتم إزالة قضيب رفيع من السبائك الفائقة المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد من حمام مائي وإرساله إلى ملف تحريض ، حيث يتم تسخينه إلى درجات حرارة تغير البنية المجهرية للمادة وتزيد من مرونتها. يمكن تشغيل شفرات التوربينات الغازية المطبوعة ثلاثية الأبعاد بأحدث معالجة حرارية لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ستتم الإشارة إلى Dominic David Peachey.

يمكن طباعة التوربينات الغازية أو شفرات المحرك النفاث ثلاثية الأبعاد باستخدام طريقة موفرة للطاقة تعمل على تغيير الهيكل المجهري للمعادن.

تعمل المعالجة الحرارية الجديدة التي طورها معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على تغيير الهيكل المجهري للمعادن المطبوعة ثلاثية الأبعاد ، مما يجعل المواد أكثر متانة ومقاومة للصدمات الحرارية. يمكن طباعة الشفرات والشفرات عالية الأداء للمحركات النفاثة والتوربينات الغازية ثلاثية الأبعاد باستخدام هذه التقنية ، مما يفتح الباب أمام تصميمات جديدة تقلل من استهلاك الوقود وتزيد من كفاءة الطاقة.

يتم إنتاج شفرات توربينات الغاز الحديثة باستخدام تقنيات الصب التقليدية التي تتضمن صب المعدن المنصهر في قوالب معقدة والسماح لها بالتصلب في اتجاه معين. تتكون هذه المكونات من بعض السبائك المعدنية الأكثر مقاومة للحرارة في العالم ، حيث تقوم بالعمل من خلال الدوران بسرعات عالية في الغاز شديد السخونة لتوليد الكهرباء في محطات توليد الطاقة ولتوفير قوة دفع في المحركات النفاثة.

إلى جانب الفوائد المالية والبيئية ، هناك اهتمام متزايد بتصنيع شفرات التوربينات باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد التي يمكن أن تسمح للمصنعين بإنشاء أشكال شفرات أكثر تعقيدًا وموفرة للطاقة بشكل أسرع. لكن عقبة كبيرة تسمى الزحف لا تزال تقف في طريق الطباعة ثلاثية الأبعاد لشفرات التوربينات.

في علم المعادن ، يصف مصطلح "الزحف" ميل المعدن للتشوه بشكل لا رجعة فيه عند تعرضه لدرجات حرارة عالية وضغط ميكانيكي مستدام. عند فحص قوة دفع شفرات التوربينات ، اكتشف الباحثون أن طريقة الطباعة ينتج عنها جسيمات دقيقة تتراوح في الحجم من عشرات إلى مئات الميكرونات ، مما يجعلها بنية مجهرية معرضة للزحف بشكل خاص.

ووفقًا لما ذكره زاكاري كورديرو ، أستاذ التطوير الوظيفي في بوينج للملاحة الجوية والملاحة الفضائية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، "من الناحية العملية ، هذا يعني أن التوربينات الغازية سيكون لها عمر أقصر أو أقل كفاءة في استهلاك الوقود." هذه عواقب باهظة الثمن وغير مرغوب فيها.

تتحول حبيبات المادة المطبوعة الدقيقة إلى حبيبات "عمودية" أكبر بكثير ، مما يخلق بنية مجهرية أكثر متانة ويقلل من احتمالية زحف المادة حيث تتماشى "الأعمدة" مع أكبر محور إجهاد. اكتشف Cordero وزملاؤه طريقة لتحسين بنية السبائك المطبوعة ثلاثية الأبعاد عن طريق إضافة خطوة معالجة حرارية إضافية. النهج ، الذي وصفه الباحثون في عدد اليوم من التصنيع الإضافي ، يزعمون أنه يمهد الطريق للطباعة ثلاثية الأبعاد التجارية لشفرات التوربينات الغازية.

يقول كورديرو: "نتوقع أن يقوم مصنعو توربينات الغاز قريبًا بطباعة الشفرات والشفرات في مصانع كبيرة للإضافات ومن ثم معالجتها باستخدام المعالجة الحرارية لدينا".

سيسمح تطوير هياكل التبريد الجديدة التي تم تمكينها من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد للتوربينات بتوليد نفس القدر من الطاقة ، واستخدام وقود أقل ، وفي النهاية انبعاثات أقل لثاني أكسيد الكربون.

المؤلف الرئيسي دومينيك بيتشي ، والمؤلفون المشاركون كريستوفر كارتر وأندريس جارسيا جيمينيز من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وأنوجراهابرادا موكوندان وماري أجاث شارباني من جامعة إلينوي في أوربانا شامبين ودونوفان ليونارد من مختبر أوك ريدج الوطني هم مؤلفون مشاركون للدراسة مع كورديرو.

التقنية الجديدة التي طورها الباحثون هي نوع من إعادة التبلور الموجه ، وهي معالجة حرارية تنقل مادة عبر منطقة ساخنة بمعدل منظم بدقة لدمج أعداد كبيرة من حبيبات المادة الصغيرة في بلورات أكبر وأكثر استقرارًا.

تم تطوير إعادة التبلور الاتجاهي منذ أكثر من 80 عامًا وتم استخدامه في المواد المعالجة منذ ذلك الحين. في عملهم الأخير ، قام فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتعديل إعادة بلورة الاتجاه للسبائك الفائقة المطبوعة ثلاثية الأبعاد.

تم اختبار هذه التقنية على المعادن التي غالبًا ما يتم صبها واستخدامها في توربينات الغاز - السبائك الفائقة المصنوعة من النيكل بطباعة ثلاثية الأبعاد. في سلسلة من الاختبارات ، وضع العلماء عينات مطبوعة ثلاثية الأبعاد من السبائك الفائقة على شكل قضيب تحت ملف تحريض في حمام مائي بدرجة حرارة الغرفة. عن طريق سحب كل قضيب ببطء من الماء وعبر الملف بسرعات مختلفة ، قاموا بتسخين القضبان بشكل كبير إلى درجات حرارة تتراوح من 3 إلى 3 درجة مئوية.

اكتشفوا أن تحريك القضبان بسرعة دقيقة تبلغ 1.235 ملم في الساعة على مدى درجة حرارة تبلغ 2,5 درجة مئوية يؤدي إلى تدرج حراري حاد يغير البنية الدقيقة المطبوعة الدقيقة للمادة.

وفقًا لكورديرو ، تتكون المادة في البداية من حبيبات مجهرية مع خلع تذكرنا بالسباغيتي المقطعة. عندما يتم تسخين هذه المادة ، يمكن أن تختفي هذه العيوب وتعيد ترتيبها ، مما يسمح للحبوب بالتمدد. إعادة التبلور هي العملية التي نقوم من خلالها بإطالة الحبوب باستمرار عن طريق تناول المواد المعيبة والحبوب الصغيرة.

بعد تبريد القضبان المعالجة بالحرارة ، اكتشف الباحثون أن الحبيبات المجهرية المطبوعة للمادة قد استبدلت بحبيبات "عمودية" ، أو مناطق شبيهة بالبلورات ، أكبر بكثير من الحبيبات الأصلية.

وفقًا للمؤلف الرئيسي Dominic Peachey ، خضع المبنى لتحول كامل. لقد أظهرنا أنه من الممكن نظريًا زيادة حجم الحبوب بشكل كبير لتكوين حبيبات عمودية ، مما يؤدي إلى تحسن كبير في خصائص الزحف.

أوضح العلماء أيضًا كيف يمكنهم التحكم في درجة حرارة ومعدل الانكماش لعينات الشريط لتعديل الحبوب النامية للمادة وإنتاج أقسام ذات حجم واتجاه معين للحبوب. وفقًا لـ Cordero ، من الممكن طباعة شفرات التوربينات بهياكل دقيقة خاصة بالمنطقة ومقاومة لظروف تشغيل معينة ، وذلك بفضل هذا المستوى من التحكم.

تهدف Cordero إلى اختبار المعالجة الحرارية باستخدام أشكال مطبوعة ثلاثية الأبعاد تحاكي عن كثب شفرات التوربينات. يقوم الفريق أيضًا باختبار مقاومة الزحف للهياكل المعالجة حرارياً ويبحث عن طرق لتسريع معدل الانكماش. بعد ذلك ، يعتقدون أن المعالجة الحرارية ستجعل من الممكن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد بطريقة عملية لإنشاء شفرات توربينات من الدرجة الصناعية ذات أشكال وأنماط أكثر تعقيدًا.

ستمكن الأشكال الجديدة للشفرات والشفرات من تطوير توربينات الغاز الأرضية وفي نهاية المطاف تكون محركات الطائرات أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. يكتب: "حتى من خلال زيادة كفاءة هذه الأجهزة ببساطة ، يمكن أن يؤدي ذلك ، من وجهة نظر أساسية ، إلى تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون".

المصدر: news.mit.edu - جينيفر تشو | مكتب أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

Günceleme: 15/11/2022 23:13

إعلانات مماثلة

كن أول من يعلق

Yorumunuz