Mikrostrukturkontroll under hybrid-additiv tillverkning
- Diarienummer
- ID25-0017
- Projektledare
- Hörnqvist Colliander, Magnus
- Start- och slutdatum
- 260101-301231
- Beviljat belopp
- 3 250 000 kr
- Förvaltande organisation
- Chalmers University of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Flygmotorindustrins utveckling mot ökad hållbarhet kräver bättre material och tillverkningsprocesser. Additiv tillverkning (AM) med Directed Energy Deposition (DED) är en lovande metod, men ger ofta grovkorniga, anisotropa mikrostrukturer med defekter, vilket begränsar prestanda. En lösning är hybrid-AM med DED och ”Inter-Pass Deformation” (DED-IPD), där mekanisk deformation utlöser rekristallisering, förfinar kornen och minskar defekter. Projektet undersöker responsen hos en Ni-baserad superlegering på DED-IPD för att optimera processer för flygkomponenter. Målet är att förstå mikrostrukturens utveckling under DED-IPD-liknande cykler, vilket möjliggör utveckling av robust DED-IPD-teknologi för förbättrade AM-komponenter hos GKN och stöttar flygets hållbara omställning genom effektivare tillverkning. Först kombineras elektronmikroskopi och maskininlärning för att karakterisera rekristalliseringsprocessens kinetik. Därefter används kunskapen för att tolka in situ-experiment med synkrotrondiffraktion under deformation, vilket möjliggöra realtidsstudier. Slutligen valideras resultaten via riktiga DED-IPD-prover. Förväntade resultat är förståelse av rekristalliseringsprocessen under DED-IPD, optimering av AM-processer för Ni-baserade superlegeringar, minskad variabilitet, och förbättrad komponentprestanda.
Populärvetenskaplig beskrivning
Vi är idag helt beroende av flyg, både för person- och godstransporter, och behovet av flygtransporter förväntas öka. Då dagens flyg har en negativ klimatpåverkan kommer det att krävas stora förändringar för att öka hållbarheten, vilket ställer nya krav på material och tillverkningstekniker. För det behövs nya och förbättrade tillverkningsprocess, och en viktig del i det är additiv tillverkning (AM), där man bygger komponenter lager för lager direkt från metallpulver eller tråd. Det gör att man kan bygga upp sin komponent med exakt den form man behöver, med minimalt spill, jämför med att börja med ett stort stycke och avverka material tills man når önskad form. Directed Energy Deposition (DED) är en specifik AM-teknik som gör detta snabbt och flexibelt, men som ofta leder till oönskade mikrostrukturer och defekter som kan försämra materialets prestanda. För att förbättra materialkvaliteten kan man kombinera DED med mekanisk deformation mellan lagren. Denna hybridprocess hjälper till att förändra den byggda komponentens inte struktur genom rekristallisering. Vid rekristallisering skapas ny likaxkliga korn som ersätts dom stora, avlånga kornen från deponeringsprocessen. Detta ger ett starkare och mer enhetligt material som är bättre lämpat för krävande tillämpningar som flygmotorer. Projektet undersöker hur en nickelbaserad superlegering för flygmotortillämpningar reagerar på denna behandling, med målet att göra tillverkningen av flygkomponenter effektivare och mer pålitlig. Genom att kombinera avancerad elektronmikroskopi och maskininlärning med kraftfull röntgenteknik på synkrotronanläggningar försöker vi förstå hur kornen i materialet förändras. Resultatet väntas bli en djupare förståelse för hur mikrostrukturen utvecklas, vilket banar väg för optimerade tillverkningsprocesser. Det leder till bättre materialegenskaper, lägre kostnader och minskad miljöpåverkan, och stödjer därmed flygindustrins omställning till en mer hållbar framtid.