Les scientifiques ont développé une nouvelle méthode pour créer des métaux plus résistants destinés à être utilisés dans des environnements extrêmes tels que les turbines de production d’électricité. En utilisant l’impression 3D et la technologie neutronique pour analyser le métal, ils ont découvert que le traitement thermique peut réduire les contraintes au sein du métal, le rendant ainsi plus durable.
Les applications extrêmes telles que les turbines à gaz avancées utilisées pour produire de l'électricité nécessitent des matériaux tout aussi sophistiqués. Dans cette étude, les scientifiques ont étudié les effets des contraintes d'un « superalliage » innovant composé de deux métaux à haute résistance et résistants aux températures élevées. L’équipe a créé ces alliages à l’aide de la technologie d’impression 3D, qui utilise des lasers pour façonner la poudre métallique selon des formes spécifiques. Ils ont ensuite utilisé des neutrons pour analyser la structure interne du métal imprimé.
Des recherches ont montré que le traitement thermique peut soulager efficacement le stress généré pendant le processus de fabrication. En outre, l’étude a révélé que ces contraintes sont davantage affectées par des paramètres de fabrication spécifiques que par la composition chimique du métal.
L’équipe de recherche a intelligemment utilisé la technologie d’impression 3D laser pour créer un alliage à partir de deux métaux différents (Inconel 718 et Rainey 41) sans aucune fissure. Les expériences neutroniques ont conduit au développement d'une méthode améliorée permettant d'évaluer avec précision et efficacité les niveaux de contrainte dans les métaux tout au long du processus de fabrication. Les résultats aideront à produire des alliages plus solides et plus avancés, moins coûteux à fabriquer. Ces alliages sont essentiels pour les applications dans des environnements extrêmes.
La fabrication additive, ou impression 3D, est une nouvelle méthode de fabrication de pièces métalliques et d’autres types de matériaux couche par couche. Le projet de recherche, une collaboration entre des chercheurs de la General Electric Company, de l'Edison Welding Institute et du Oak Ridge National Laboratory (ORNL), a imprimé un alliage composé d'Inconel 718 et de Raney 41 aux deux extrémités, avec une zone de composition classée au milieu. L'étude a évalué les contraintes et les changements de composition dans l'alliage. À cette fin, les chercheurs ont mené des expériences sur les neutrons à la source de neutrons à gonflement (SNS) et au réacteur isotopique à haut flux (HFIR) de l'ORNL, deux installations utilisatrices du DOE Office of Science. Les neutrons sont idéaux pour étudier les contraintes internes des matériaux car ils peuvent pénétrer les métaux denses.
À l'aide du diffractomètre VULCAN de SNS et de l'imageur MARS de HFIR, les chercheurs ont mesuré la répartition de la contrainte résiduelle du réseau pour comprendre comment la contrainte résiduelle et la composition du matériau changent au cours des différentes étapes de traitement. Des études neutroniques ont montré que les contraintes résiduelles sont principalement causées par le processus de fabrication et peuvent être atténuées par un traitement thermique. Des études ont montré que plus le temps de séjour du laser est long ou plus l'énergie est élevée, plus la contrainte est importante. La recherche sur les neutrons a également aidé l'entreprise à établir un moyen plus efficace d'analyser les métaux, les rendant ainsi plus utiles pour fabriquer de meilleures pièces à moindre coût grâce à la fabrication additive.
Compilé à partir de/SciTechDaily
DOI:10.3389/ftmal.2022.1070562