\\ 'impression N3D peut permettre la fabrication efficace des structures complexes difficiles à réaliser sans conventionnellement déchets, tels que les géométries creuses denickelbased superalliages composants aéronautiques. Pour exploiter pleinement cette méthode,nous devons aller vers denouveaux alliages et procédés.-

 

    Conventional fabrication superalliage

Superalloys, une famille de mélanges métalliques à base denickel, de cobalt ou de fer, sont résistantes à la déformation à haute température, la corrosion et l'oxydation, en particulier lors d'un fonctionnement à une température élevée à proximité de leur point de fusion. Ils ont d'abord été mis au point pour les composants de turbines à gaz dans turboréacteurs et sont maintenant largement utilisés pour des applications à haute température dans les industries de l'aérospatiale et de la production d'électricité. Pour atteindre ces propriétés à haute température (à la fois mécanique et chimique), le contrôle de microstructure est critique et est activé par une combinaison d'additions d'éléments d'alliage spécifique et des procédés de fabrication soignée.

 

Nickelbased superalliages, le premier et le meilleur-developed superalliage famille, appuyer sur une microstructure à deux phases constitué d'une phase renforcement--a dispersion de (Ni, Co) 3 (Al, Ti, Ta) des précipités (de L12 cristallographie ) appelée γ '-grown dans une matrice de Crenriched Ni. D'autres éléments d'alliage tels que les réfractaires (Re, Mo, W) ou de métalloïdes (B, C) peuvent également être ajoutés. Sur la base de leur composition chimique, ces alliages sont quelques-uns des plus complexes l'humanité a conçu. Au cours du traitement classique, cette précipitation cruciale se produit par une réaction de diffusion-controlled pendant le refroidissement dans la plage de températures de 1000 à 750 ° C1.-

 

Manufacturing est traditionnellement le 'Achilles' talon d'applications superalliages-\\ sONSnstructurally propriétés mécaniquesne sont pas atteints sans la fabrication soustractive longue-winded et coûteux par l'usinage de pièces moulées. Aujourd'hui,nous utilisons encore des processus de moulage de précision qui remontent à l'Antiquité classique. Par exemple, pour produire une aube de turbine de moteur à réaction, à la fois un modèle de cire et de silicebased réplique des canaux de refroidissement sontnécessaires pour créer un moule en céramique pour chaque composant fabriqué, dans lequel kg de métal en fusion sont coulés sous vide. Refroidissement aux conditions ambiantes prend plusieurs heures, et il est impossible de supprimer la précipitation de la γ 'précipités au cours du refroidissement; par ailleurs, très prudent traitement thermique ultérieur de plusieurs heures à-1300 ° C estnécessaire-~-Il inférieure à la température de fusion--to réduire la ségrégation dendritique chimique de l'itinéraire de coulée. Enfin, l'usinage estnécessaire pour former la géométrie de l'aube de turbine complexe final. Le procédé de moulage de précision comprend plusieurs contrôles chimiques et traiter avec des déchets importants-scrappage générée lors de la coulée et l'usinage ultérieur des pièces de turbine: seulement environ 10% des extrémités de superalliage comme biens2 fini/

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3D impression comme unenouvelle voie de traitement pour les superalliages

Utilisation impression en 3D, ou de fabrication additif (AM), au lieu de la fonderie de précision permet de traiter de se produire radicalement différente, avec réduit les étapes de fabrication et de traitement de déchets minimum. Le laser \\ fusionnbased et la consolidation de la poudre solide de quelques dizaines de microns de diamètre, la couche

BYLayer, sous l'entrée directe à partir d'un ordinateur \\ système de conceptionnaided (CAD), confère une as-of-yet liberté inexploité de conception : structures creuses, mousse-like ou treillis-based architectures, avec une utilisation plus efficace des matériaux dans un additif au lieu de façon soustractive. En outre, le processus de AM, avec sa fusion et re-melting de fine taille de poudre dans micron longueur et l'échelle de temps, conduit à des taux élevés de refroidissement de 103-106 ° C-s et une réponse métallurgique très différente de processing3. Solidification donne lieu à une très fine microstructure4 cellulaire plutôt que dendritique, ce qui élimine pratiquement la ségrégation dendritique trouvée dans le traitement classique, en supprimant lanécessité d'une étape d'homogénéisation chimique. La précipitation de γ 'est également supprimée par la vitesse de refroidissement sévère, ce qui permet denano-scale précipitation à être adapté au cours du traitement thermique ultérieur pour properties5 améliorée. La phase de précipitation peut être optimisée en concevant denouveaux protocoles de traitement thermique pour obtenir des microstructures souhaitables associés à une résistance élevée à AM superalloys6.--/-Toutefois, application à grande échelle de l'AM en superalliages pour des structures creuses complexes tels que aérojet aubes de turbine est toujours pas facile. Afin de tirer parti des techniques AM avec succès dans les superalliages,nous avons besoin d'une meilleure compréhension de la science du processus; denombreux aspects de celui-ci sont obscurs parce que les fondements de AM impliquent de multiples phénomènes physiques et chimiques à travers des échelles de longueur et de temps (voir fig. 1). Par exemple, lorsque le laser entre en contact avec la poudre métallique, les quatre états possibles de la matière

-solid, liquide, vapeur de gaz et plasme-interact7, et très peu le cas échéant physique \\ modèlesnbased existent pour remédier à cette complexité. En outre, lanature des cycles rapides et répétés thermique induit des gradients thermiques intenses et donc états chimiques, structurelles et mécaniques qui sont métastables, déclenchant defects8 métallurgique qui mettent en péril properties9.---Finally, superalliages plus classiquesne peuvent pas être facilement migré de coulée de précision pour l'impression en 3D, car ils ont été optimisés pour des voies de traitement de particuliers, par exemple forgeage-

welding et la coulée. En raison du cyclage thermique rapide et répétée du processus de AM, denouvelles compositions qui tirent parti de ces paramètres de traitement peuvent être conçus par l'intermédiaire d'une composition de calcul \\ dataprocess approchendriven à microstructure sur mesure et les propriétés AM rates3 refroidissement. les qualitésnouvelles de superalliages optimisés pour l'impression en 3D et destinés à atténuer des défauts métallurgiques telles que la porosité et cracking10 en critique élevée \\ composantsntemperature sont essentiels donc prendre commerciale réussieUP.----