Forskare på Centre for Additive Manufacture – Metal (CAM2) vid Chalmers har utvecklat en metod som ska göra gasturbiner mer tillförlitliga och effektiva genom att minska sprickbildning och restspänningar i metallkomponenter vid additiv tillverkning.
Sprickbildning som uppstår vid tillverkningen kan både försvaga och förkorta livslängden på komponenten. CAM2-forskarna har tagit fram ett sätt som kan minska sprickbildningen vid tillverkning med laserbaserad pulverbäddsteknologi (PBF-LB) och den högpresterande legeringen CM247LC. Detta genom att justera hur metallen bearbetas. Chalmers beskriver den processen på sin hemsida och presenterar huvudresultaten från studien.
Kärnan i studien är att forskarna har använt ett kortare mönster för laserskanning och på så sätt fått bättre kontroll över värmetillförseln.
– Resultaten visar att en sådan skanningsstrategi minimerar både stelningssprickor och restspänningar, vilket förbättrar hur lätt denna legering är att arbeta med, säger Ahmed Fardan Jabir Hussain, doktorand inom metalladditiv tillverkning vid Chalmers tekniska högskola i ett uttalande.
Kan minska restspänningar
Studien visar även att det finns en potential att minska restspänningar för att undvika så kallad strain age cracking (SAC), som är ett vanligt problem vid tillverkning av turbinblad. Den förbättrade processen kan leda till starkare och mer hållbara komponenter som bättre klarar höga temperaturer och mekanisk stress.
– Skanningsstrategin med korta vektorer kan användas lokalt vid spänningskoncentratorer för att skapa en mikrostruktur som är motståndskraftig mot sprickbildning. Den här typen av mikrostrukturdesign är mycket intressant för industrin som arbetar med denna typ av legeringar, säger Ahmed Fardan Jabir Hussain.
Tillämpa på andra legeringar
Forskarna arbetar även med att säkerställa att materialet klarar långvarig exponering för höga temperaturer utan att deformeras, en egenskap som kallas krypbeständighet. Det är en avgörande faktor för turbinblad som måste fungera under mycket höga belastningar och temperaturer.
– Dessa legeringar är framtagna för att användas i högtemperaturområdena av gasturbiner, som turbinblad. De utsätts för mycket höga belastningar och temperaturer, och måste därför ha god krypbeständighet. Vårt mål nu är att förbättra denna egenskap så att den närmar sig den hos gjutet material, säger Ahmed Fardan Jabir Hussain.
Studien fokuserar i det här fallet på legeringen CM247LC, men forskarna tror att resultaten kan komma till nytta för andra material som har liknande problem med sprickbildning vid tillverkning eller under värmebehandling.
Fakta: CAM2
Centre for Additive Manufacture – Metal (CAM2) är ett Vinnovafinansierat kompetenscentrum med fokus på forskning för utveckling av material och processer för additiv tillverkning av avancerade metalliska komponenter. CAM2 är beläget på Chalmers tekniska högskola i Göteborg och är ett konsortium bestående av 22 företag och fem forskningsaktörer.
