Metalurjide Kıyamet Koptu: Demir Çağı Bitti, "Süper Çelik" Çağı Başladı!

Metalurjide Kıyamet Koptu: Demir Çağı Bitti, "Süper Çelik" Çağı Başladı!

Bilim insanları, asla paslanmayan süper güçlü bir çelik ürettiler. Bu, imalat sektörünü değiştirecek.

Bu haberi okuduğunuzda şunları öğreneceksiniz:

• 3D baskı çeliği, artan esneklik ve düşük teslim süreleri de dahil olmak üzere birçok avantaja sahip olsa da, az sayıda metal özellikle baskı işlemi için tasarlanmıştır.

• Purdue Üniversitesi ve Güney Çin Üniversitesi'nden bilim insanları, elementlerin 81 fizikokimyasal özelliğini ve bu elementlerin 3D baskı işlemiyle nasıl etkileşimde bulunduğunu izlemek için bir makine algoritması kullanarak yeni bir alaşım geliştirdiler.

• Ortaya çıkan metal paslanmazdı, mukavemeti %30 arttı ve sünekliği iki katına çıktı; bu, eklemeli metal imalatı için büyük bir ilerleme.

3D baskı metalinin bazı açık avantajları vardır. Tipik aletler ve geleneksel imalatla sınırlı olmayan bu yöntemlerle inşa edilen yapılar oldukça karmaşık olabilir, malzeme israfını azaltabilir ve teslim sürelerini önemli ölçüde kısaltabilir. Ancak günümüzde bu amaçlar için kullanılan metallerin çoğu, en azından başlangıçta, 3D baskı malzemesi olarak geliştirilmemişti.

'a göre, günümüzdeki birçok katkılı metal malzeme başlangıçta dövme veya döküm için geliştirilmiş ve daha sonra 3D baskı amaçları için uyarlanmıştır. Ancak başka bir amaca uyacak şekilde uydurulan her şeyde olduğu gibi, bu durum özellikle lazer toz yataklı füzyon (LPBF) yazıcıları için gerekli olan ısıtma ve soğutma işlemi sırasında mukavemet sorunlarına, kusurlara veya diğer verimsizliklere yol açabilir.

Şimdi, yeni bir uluslararası çalışmanın arkasındaki araştırmacılar, elementlerin 81 temel fizikokimyasal özelliğini (atomik yarıçaplarına ve elektron davranışlarına kadar) inceleyerek ultra güçlü, 3D baskıya uygun, paslanmaz bir alaşım geliştirmek için "yorumlanabilir bir makine öğrenimi" modeli oluşturdu. Algoritma ayrıca malzemenin 3D baskı işlemine nasıl tepki vereceğini de hesaba kattı; yani, oluşturulmasına yardımcı olduğu malzeme, özellikle bu uygulama göz önünde bulundurularak geliştirildi. Çalışmanın sonuçları Uluslararası Aşırı Üretim Dergisi'nde yayınlandı.

Yazarlar, "Bu strateji, keşif sürecini önemli ölçüde hızlandırdı ve olağanüstü korozyon direncine sahip ultra yüksek mukavemetli ve sünek çeliklerin (UHSDS) katmanlı üretiminde düşük maliyetli, kısa süreçli bir stratejinin uygulanmasını sağlayarak, mevcut katmanlı üretim çeliklerindeki kritik sınırlamaların üstesinden geldi" diye yazdı. Algoritma tarafından üretilen metalin formülü (Fe-15Cr-3.2Ni-0.8Mn-0.6Cu-0.56Si-0.4Al-0.16C) kulağa oldukça karmaşık gelse de, elde edilen sonuçlar anında umut verici oldu. Yapay zeka modeline göre, bu malzemenin yaklaşık 1.713 Megapaskallık (MPa) bir kuvvete dayanabilmesi ve kopmadan önce yüzde 15'ten fazla esneyebilmesi gerekiyor. Araştırmacılar bu yeni alaşımı LPBF yazıcılarını kullanarak test ettiklerinde, söz konusu öngörülerin fiziksel deney sonuçlarıyla kusursuz bir şekilde örtüştüğünü tespit ettiler.

Bir basın bültenine göre, bu performans; (metalin ham baskı halindeki durumuna kıyasla) mukavemette yaklaşık yüzde 30'luk bir artışı ve sünekliğinde iki katına çıkmayı temsil ediyor. Araştırmacılar, metale uygulanan kısa süreli (altı saatlik) ısıl işlemin; yapısal kusurların yayılmasını etkili bir biçimde engelleyen, nanometre ölçeğinde bakır ve nikel-alüminyum parçacıkları oluşturduğunu belirlediler. Buna ek olarak, malzemenin korozyona karşı dirençli olması, kullanım potansiyelinin çok daha geniş olduğu anlamına geliyor; bu durum özellikle malzemelerin sıklıkla nemle doğrudan temas ettiği havacılık ve denizcilik sektörleri açısından büyük önem taşıyor. Çalışmaya göre bu yeni alaşım, yılda yalnızca 0,105 milimetre oranında aşınıyor; bu değer, piyasadaki önde gelen bazı ticari paslanmaz çeliklerin performansından bile daha iyi bir sonuç teşkil ediyor.

Çalışmanın yazarları, "fizikokimyasal özelliklere dayalı makine öğrenimi" (PF-ML) tasarım stratejisinin, katmanlı metal üretimini (additive metal manufacturing) ileriye taşımak adına maliyet etkin bir yöntem olduğunu savunuyorlar; bununla birlikte, her yeni malzeme sınıfı için söz konusu özelliklerin yeniden uyarlanması gerekeceğini de belirtiyorlar. Ancak bu yöntem, 3D yazıcıları en başta meşhur eden o yüksek hız ve esneklik kabiliyetleriyle; nihayet güçlü ve paslanmaya dirençli metaller üretebilmek adına, endüstrinin uzun süredir ihtiyaç duyduğu o büyük atılımı temsil ediyor olabilir.

Kaynak: PM