Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории провели два исследования, посвященных изучению сплавов нержавеющей стали, изготовленных с помощью 3D-печати и используемых в ядерных реакторах. Целью исследований было понять, как аддитивное производство влияет на микроскопическую структуру стальных деталей и их реакцию на термическую обработку.

Исследовательская группа использовала метод лазерной плавки порошка (LPBF) для печати образцов двух сплавов нержавеющей стали: 316H, известного материала для структурных компонентов ядерных реакторов, и сплава 709, нового сплава, разработанного для применения в современных реакторах. Они использовали рентгеновскую дифракцию и электронную микроскопию для сравнения отпечатанных материалов со сталью, полученной традиционным способом.

Исследования показали, что стали, изготовленные методом 3D-печати, содержат больше дислокаций — структурных дефектов, которые могут упрочнять сталь, но также увеличивать внутренние напряжения. Процессы термообработки показали различные результаты для напечатанных и обычных сталей, при этом нанооксиды в напечатанных материалах действуют как барьеры для движения и роста зерен. «Нанооксиды действуют как своего рода барьер для движения дислокаций и роста новых зерен, что приводит к существенным различиям в реакции сталей, изготовленных методом LPBF, и кованых сталей на термообработку», — сказал Сюань Чжан, материаловед из Аргоннского университета и соавтор обоих исследований.

В ходе исследования сплава A709 исследователи обнаружили, что напечатанные образцы демонстрируют более высокую прочность на разрыв по сравнению с деформируемым A709 как при комнатной температуре, так и при 490 °C. Это стало первым экспериментальным исследованием аддитивно изготовленного сплава A709. «Наши результаты послужат основой для разработки специализированных методов термообработки для аддитивно изготовленных сталей», — заявил аргоннский материаловед Шринивас Адитья Мантри, соавтор обоих исследований.

Исследование финансировалось программой «Перспективные материалы и производственные технологии» Управления по ядерной энергетике Министерства энергетики США. В работе использовались установки Центра наноматериалов в Аргонне и Центра передовых фотонных источников, которые являются пользовательскими установками Управления по науке Министерства энергетики США.

Источник