Os cientistas desenvolveram um novo método para criar metais mais fortes para uso em ambientes extremos, como turbinas de geração de energia. Ao usar impressão 3D e tecnologia de nêutrons para analisar o metal, eles descobriram que o tratamento térmico pode reduzir o estresse no metal, tornando-o mais durável.

Experimentos com nêutrons revelaram detalhes microscópicos de uma superliga especial impressa em 3D que tem potencial para reduzir custos de componentes. (A amostra de metal impressa em 3D tem aproximadamente 10 cm de largura). As amostras impressas e tratadas termicamente são montadas em uma base e expostas a um feixe de nêutrons para analisar tensões residuais ou irregularidades, como rachaduras ou vazios criados durante o processo de fabricação). Fonte: Laboratório Nacional de Oak Ridge

Aplicações extremas, como turbinas a gás avançadas utilizadas para gerar eletricidade, requerem materiais igualmente sofisticados. Neste estudo, os cientistas investigaram os efeitos do estresse de uma "superliga" inovadora composta por dois metais de alta resistência e resistentes a altas temperaturas. A equipe criou essas ligas usando tecnologia de impressão 3D, que usa lasers para moldar o pó metálico em formatos específicos. Eles então usaram nêutrons para analisar a estrutura interna do metal impresso.

A pesquisa descobriu que o tratamento térmico pode efetivamente aliviar o estresse gerado durante o processo de fabricação. Além disso, o estudo constatou que essas tensões são mais afetadas por parâmetros específicos de fabricação do que pela composição química do metal.

A equipe de pesquisa usou habilmente a tecnologia de impressão 3D baseada em laser para criar uma liga de dois metais diferentes (Inconel 718 e Rainey 41) sem rachaduras. Experimentos com nêutrons levaram ao desenvolvimento de um método aprimorado para avaliar com precisão e eficiência os níveis de tensão em metais durante todo o processo de fabricação. As descobertas ajudarão a produzir ligas mais fortes e avançadas, com fabricação mais barata. Estas ligas são críticas para aplicações em ambientes extremos.

A manufatura aditiva, ou impressão 3D, é um novo método de fabricação de peças metálicas e outros tipos de materiais, camada por camada. O projeto de pesquisa, uma colaboração entre pesquisadores da General Electric Company, do Edison Welding Institute e do Oak Ridge National Laboratory (ORNL), imprimiu uma liga composta por Inconel 718 e Raney 41 em ambas as extremidades, com uma área graduada em termos de composição no meio. O estudo avaliou tensões e mudanças de composição na liga. Para este fim, os pesquisadores conduziram experimentos de nêutrons na Swelling Neutron Source (SNS) e no High Flux Isotope Reactor (HFIR) no ORNL, ambas instalações de usuários do DOE Office of Science. Os nêutrons são ideais para estudar as tensões internas dos materiais porque podem penetrar em metais densos.

Usando o difratômetro VULCAN do SNS e o gerador de imagens MARS do HFIR, os pesquisadores mediram a distribuição da deformação residual da rede para entender como a tensão residual e a composição do material mudam durante os diferentes estágios de processamento. Estudos de nêutrons mostraram que as tensões residuais são causadas principalmente pelo processo de fabricação e podem ser aliviadas pelo tratamento térmico. Estudos descobriram que quanto maior o tempo de permanência do laser ou quanto maior a energia, maior será o estresse. A pesquisa de nêutrons também ajudou a empresa a estabelecer uma maneira mais eficiente de analisar metais, tornando-os mais úteis para fabricar peças melhores com custos mais baixos, usando a fabricação aditiva.

Compilado de/SciTechDaily

DOI:10.3389/ftmal.2022.1070562