De acordo com a Universidade de Tecnologia Chalmers, um novo estudo pode tornar as turbinas a gás mais confiáveis e eficientes, abordando um desafio na fabricação de pás de turbinas. Pesquisadores do Centro de Manufatura Aditiva – Metais (CAM2) desenvolveram um método aprimorado de manufatura aditiva que reduz a formação de rachaduras e o estresse residual em componentes metálicos expostos a calor e pressão extremos.
Turbinas a gás operam sob condições intensas, com componentes suportando temperaturas e cargas mecânicas extremas. Um grande problema na fabricação dessas peças é a formação de rachaduras, que enfraquecem o metal e reduzem sua vida útil.
No CAM2, pesquisadores desenvolveram uma maneira de reduzir a formação de rachaduras ao usar a MA, ajustando a forma como o metal é processado. Em vez de usar varreduras a laser longas e contínuas, eles testaram padrões de varredura a laser mais curtos que controlam melhor a entrada de calor. Esse ajuste ajuda a distribuir o calor de forma mais uniforme pelo material, reduzindo o risco de formação de rachaduras.
“Os resultados indicam que essa estratégia de varredura ajuda a minimizar tanto as rachaduras de solidificação quanto o estresse residual, o que melhora a processabilidade geral dessa liga”, disse Ahmed Fardan Jabir Hussain, aluno de doutorado em Fabricação de Aditivos Metálicos na Chalmers University of Technology.
Embora a pesquisa se concentre em uma liga específica de alto desempenho, CM247LC, comumente usada em turbinas a gás, as descobertas também podem beneficiar outros materiais propensos a problemas semelhantes de rachaduras.
“A formação de fissuras ocorre tanto no processo de produção quanto durante os tratamentos térmicos, o que limita o uso desses materiais. Esta pesquisa nos aproxima de tornar esses materiais mais viáveis para tais aplicações”, disse Ahmed.
Além das turbinas
Um dos aspectos mais promissores desta pesquisa é o seu potencial para reduzir a tensão residual, um fator-chave na prevenção de trincas por envelhecimento (SAC). A SAC é um problema comum próximo a concentradores de tensão, especialmente em componentes finais como pás de turbinas. Este processo aprimorado pode levar a componentes mais resistentes e duráveis, que suportam melhor altas temperaturas e tensões.
“A estratégia de varredura de vetores curtos pode ser aplicada localmente perto de concentradores de tensão para criar uma microestrutura resistente a trincas por envelhecimento por deformação. Essa adaptação da microestrutura é muito atraente para indústrias que usam essas ligas na fabricação”, disse Ahmed.
A equipe de pesquisa também está trabalhando para garantir que o material possa suportar calor extremo por longos períodos sem se deformar, uma propriedade conhecida como desempenho de fluência. Este é um fator crucial para pás de turbinas que operam sob altas temperaturas e cargas.
“Essas ligas são projetadas para uso nas seções quentes de turbinas a gás, como pás de turbina. Essas pás suportam cargas e temperaturas muito altas, portanto, precisam ter um forte desempenho de fluência em altas temperaturas. Atualmente, estamos trabalhando para aprimorar isso para aproximar o desempenho de fluência ao do material fundido”, disse Ahmed. Para saber mais sobre as turbinas acesse o site.
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