ORNL用鋁合金3D打印活塞，在全尺寸發動機中測試
時間：2021-11-04 08:48 來源：蓋世汽車 作者：admin 閱讀：次
據外媒報道，橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory，ORNL)的研究人員采用增材制造(3D打印)的方法制成一種輕質鋁合金，并在300℃環境下展示了其抵抗蠕變或變形的能力。
在汽車、航空航天、國防和太空應用中，可以正常工作的材料通常需要耐高壓和高溫。而ORNL研發的由鋁和鈰和等其他金屬構成，使用激光粉末床系統打印制成。該系統通過一次沉積一層薄薄的材料，以獲得精確的結果。研究人員打印了出由合金制成的活塞，并用于全尺寸發動機。打印的活塞將在四缸渦輪增壓發動機內進行額外測試。
ORNL成員Ryan Dehoff博士表示：“使用粉末床3D打印使合金在微觀結構中快速凝固成細小、穩定的強化顆粒，從而產生我們測量到的顯著高溫抗蠕變性。我們有預計會得到顯著改進，但仍然對該合金表現出的強度和穩定性感到驚訝。”
研究背景如下：
通過采用增材制造(AM)，零部件生產可具有更大的幾何靈活性和設計空間，從而實現復雜冷卻通道、網格幾何形狀和復雜的近凈形狀零件，而這些是傳統制造技術無法實現的。具體而言，在鋁合金中，使用AM可以減輕航空航天和汽車應用中的結構部件的重量。然而由于具有凝固開裂的傾向，傳統的高強度鍛造鋁合金不適用于AM的復雜熱循環。
例如，由于凝固開裂，類似于7075和2024的合金成分的AM顯示出明顯加工限制。雖然可以通過在簡單零件(例如立方體)中仔細設計加工參數以減輕凝固裂紋，但優化參數不一定會轉化為復雜零件。傳統合金加工的困難導致鋁添加劑社區廣泛采用近共晶Al-Si，具體而言是Al-10Si-Mg合金。這些合金表現出優異的可鑄性和抗凝固開裂性，但強度比傳統的可鍛合金低得多，且在高溫下強度保持性差。
由于在傳統鍛造鋁合金增材制造過程中出現的上述問題，以及鋁硅合金的有限性能，人們開始對專為增材制造而設計的新型鋁合金進行研究。其中，Al-Ce體系因其高熱穩定性和抗鑄件凝固裂紋能力而備受關注。
增材鋁合金微觀形貌 (圖片來源：ORNL)
在汽車、航空航天、國防和太空應用中，可以正常工作的材料通常需要耐高壓和高溫。而ORNL研發的由鋁和鈰和等其他金屬構成，使用激光粉末床系統打印制成。該系統通過一次沉積一層薄薄的材料，以獲得精確的結果。研究人員打印了出由合金制成的活塞，并用于全尺寸發動機。打印的活塞將在四缸渦輪增壓發動機內進行額外測試。
增材鋁合金微觀形貌 (圖片來源：ORNL)
ORNL成員Ryan Dehoff博士表示：“使用粉末床3D打印使合金在微觀結構中快速凝固成細小、穩定的強化顆粒，從而產生我們測量到的顯著高溫抗蠕變性。我們有預計會得到顯著改進，但仍然對該合金表現出的強度和穩定性感到驚訝。”
研究背景如下：
通過采用增材制造(AM)，零部件生產可具有更大的幾何靈活性和設計空間，從而實現復雜冷卻通道、網格幾何形狀和復雜的近凈形狀零件，而這些是傳統制造技術無法實現的。具體而言，在鋁合金中，使用AM可以減輕航空航天和汽車應用中的結構部件的重量。然而由于具有凝固開裂的傾向，傳統的高強度鍛造鋁合金不適用于AM的復雜熱循環。
例如，由于凝固開裂，類似于7075和2024的合金成分的AM顯示出明顯加工限制。雖然可以通過在簡單零件(例如立方體)中仔細設計加工參數以減輕凝固裂紋，但優化參數不一定會轉化為復雜零件。傳統合金加工的困難導致鋁添加劑社區廣泛采用近共晶Al-Si，具體而言是Al-10Si-Mg合金。這些合金表現出優異的可鑄性和抗凝固開裂性，但強度比傳統的可鍛合金低得多，且在高溫下強度保持性差。
由于在傳統鍛造鋁合金增材制造過程中出現的上述問題，以及鋁硅合金的有限性能，人們開始對專為增材制造而設計的新型鋁合金進行研究。其中，Al-Ce體系因其高熱穩定性和抗鑄件凝固裂紋能力而備受關注。
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