Ученые смогли напечатать дамасскую сталь
Logo
Cover

Дамасская сталь — и ее современные версии — фактически, синоним художественной ковки. Стальную заготовку тысячи раз сгибают и сплющивают, чтобы получить красивые узоры. Однако смысл процесса не только в эстетике — перемежающиеся слои мягкой, но гибкой и жесткой, но хрупкой стали дают оптимальный эффект. Обычно таким сложным методом изготавливали мечи, которые не тупились. Немецкие ученые добились такого же результата при помощи аддитивных технологий.

Слои стали, которые комбинируются в дамаске, отличаются по уровню содержания углерода и микроструктуре, которая определяет скорость остывания металла во время закаливания. Для того чтобы напечатать имитацию дамаска, инженеры из Института Макса Планка использовали сплав никеля, титана и железа, который хорошо зарекомендовал себя в 3D-печати, пишет Ars Technica.

Металлический порошок наносится слой за слоем и нагревается лазером. Быстрое охлаждение ведет к формированию кристаллической структуры, как и в случае закаливания стали. Но последующее нагревание приводит к осаждению микроскопических частиц никеля-титана-железа внутри стали, что значительно повышает твердость изделия.

Идея ученых заключалась в том, чтобы применить послойную печать для управления температурой каждого слоя, чередуя более мягкие и гибкие слои с более твердыми. Для этого они просто отключили лазер на пару минут после печати очередного слоя.

Тщательно проанализировав первый напечатанный образец под микроскопом и даже составив атомную карту слоев, исследователи убедились, что смогли добиться желаемого результата. Затем они поэкспериментировали с временем отключения лазера и прочими факторами, влияющими на конечный продукт.

Ученые провели испытание на прочность двух напечатанных образцов: одного кубика «дамасской» стали и одного — обычной, однослойной стали. Многослойный оказался заметно прочнее, выдержав на 20% больше растягивающего усилия. Хотя он не достиг показателей дамасской стали, выкованной традиционным способом, предложенный метод позволяет повысить прочность стали быстрее и дешевле.

Метод повышения прочности металла ультразвуком разработали в Австралии. Металлический порошок наносится на волновод-концентратор, создающий ультразвуковые колебания. Во время затвердевания металла эти колебания воздействуют на микроскопические кристаллы и обеспечивают более прочную сцепку.