Tecnología de tratamiento térmico de recristalización

Una varilla delgada de superaleación impresa en 3D se extrae de un baño de agua y se pasa a través de una bobina de inducción, donde se calienta a una temperatura que cambia su microestructura, haciendo que el material sea más elástico.

Las palas de las turbinas de gas suelen fabricarse mediante procesos de fundición tradicionales. Los fabricantes vierten metal fundido en moldes complejos, lo que le permite solidificarse direccionalmente, y luego utilizan una variedad de herramientas de mecanizado para terminar las piezas metálicas finales. Las palas deben poder girar a altas velocidades en gases extremadamente calientes para generar electricidad en las centrales eléctricas y proporcionar empuje a los motores a reacción.

Sin embargo, existe un interés creciente en la fabricación de álabes de turbina mediante impresión 3D, un método que es ambientalmente y rentable y permite a los fabricantes producir geometrías de álabes más complejas y energéticamente eficientes. Desafortunadamente, hay un gran obstáculo que superar: el creep.

La fluencia es la tendencia de los metales a deformarse permanentemente bajo tensión mecánica sostenida y temperaturas elevadas. Investigaciones anteriores han descubierto que el proceso de impresión 3D produce partículas finas que varían de decenas a cientos de micrones de tamaño. Aunque apenas visible a simple vista, esta microestructura es particularmente susceptible a la fluencia.

"En términos prácticos, esto significa que las turbinas de gas tendrán una vida útil más corta o serán menos eficientes en el consumo de combustible", explica Zachary Cordero, profesor de desarrollo profesional de Aeronáutica y Astronáutica de Boeing en el MIT.

Para resolver este problema, Cordero y sus colegas encontraron una manera de mejorar la estructura de las aleaciones impresas en 3D agregando un nuevo paso de tratamiento térmico. Este método transforma los granos finos del material impreso en granos "columnares" más grandes, una microestructura más fuerte que minimiza la fluencia del material. Los "pilares" de grano están alineados con el eje de máxima tensión.

Los autores del nuevo estudio afirman que un nuevo método de tratamiento térmico podría revolucionar la impresión industrial 3D de álabes de turbinas de gas.

Cordero dijo: "En un futuro próximo, esperamos que los fabricantes de turbinas de gas impriman sus palas y paletas en grandes plantas de fabricación aditiva y luego las procesen utilizando nuestro tratamiento térmico. La impresión 3D permitirá nuevas arquitecturas de refrigeración que mejorarán la eficiencia térmica de las turbinas de gas". turbina, produciendo así la misma cantidad de electricidad mientras quema menos combustible y, en última instancia, emite menos dióxido de carbono".

Configuración de recristalización direccional. Retire la muestra del refrigerante a través de la zona caliente. El pronunciado gradiente térmico frente a la zona caliente mantiene una alta densidad de dislocaciones que conduce al frente de recristalización.

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