Группа ученых из Института исследований железа и Института лазерных технологий Общества Макса Планка сумела изготовить подобие дамасской стали с помощью лазерного 3D-принтера за счет регулировки температурного режима наплавления.
В своих опытах ученые использовали специальную разновидность стали (Fe19Ni5Ti), созданную с расчетом на использование в процессе 3D-печати методом селективного лазерного наплавления металлопорошковых композиций. Сложная внутренняя структура, определяющая свойства готовых образцов, создается за счет никель-титановой нанопреципитации и формирования мартенсита, причем при достаточно низких температурах, от 200ºС. На выходе получается подобие дамасской стали — чередующиеся слои разной твердости.
Конкретные свойства достигаются регулировкой температуры в процессе лазерного наплавления. В случае с образцом на иллюстрации слои повышенной твердости получены периодическим выключением лазера на несколько минут, чтобы свежий слой мог быстро остыть до температуры ниже 195ºС и кристаллизоваться. Затем процесс запускали снова, и температура кристаллизованного слоя вновь росла, вызывая образование никель-титановых микроструктур, повышающих твердость.
Исследователям пришлось определять опытным путем влияние разных факторов, начиная с толщины слоев и площади образцов и заканчивая температурой перехода в фазу мартенсита и длительностью периодов охлаждения. Ради сравнения ученые напечатали один образец в обычном, непрерывном режиме, а другой — по новой методике, чередуя твердые и мягкие слои. При испытаниях на разрыв 3D-печатная «дамасская сталь» выдержала усилие примерно на двадцать процентов выше, чем контрольный образец, и выше, чем традиционная дамасская сталь: предел прочности на растяжение составил 1,3 ГПа с максимальным удлинением при разрыве в десять процентов.
А вот уровня прочности привычных мартенситностареющих сталей добиться все же не удалось, по крайней мере пока, но исследователи обращают внимание, что в классической металлургии термическая обработка (отжиг и остаривание) мартенситностареющей стали — это длительный и дорогостоящий процесс, так что новая методика 3D-печати «дамасской стали» может в отдельных случаях стать более дешевой и быстрой альтернативой.
Доклад научной команды опубликован в журнале Nature по этой ссылке.
Источник: 3dtoday.ru
