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Aug 03, 2023

Chercheur ORNL, l'équipe a reçu les honneurs pour son adv

Image du DOE/Oak Ridge National Laboratory : Dean Pierce de l'ORNL a collaboré avec Cummins pour développer et créer des pistons à partir d'acier 3Cr-XHTS, un alliage d'acier à haute résistance et à teneur moyenne en carbone. voir plus Crédit :

Laboratoire national DOE/Oak Ridge

image : Dean Pierce d'ORNL a collaboré avec Cummins pour développer et créer des pistons en acier 3Cr-XHTS, un alliage d'acier à haute résistance et à teneur moyenne en carbone.Voir plus

Crédit : ORNL, Département américain de l'énergie

Dean Pierce du laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie et une équipe de recherche dirigée par Alex Plotkowski de l'ORNL ont été honorés par le bureau des technologies des véhicules du DOE pour le développement de nouveaux alliages hautes performances capables de résister aux environnements extrêmes.

Lors de l'examen annuel du mérite des technologies des véhicules de cette année, qui s'est tenu virtuellement le 12 juin, VTO a récompensé Pierce, un scientifique du personnel de R&D de la direction des sciences physiques, et l'équipe de recherche DuAlumin-3D dirigée par Plotkowski.

VTO ​​a honoré Pierce, membre du groupe Alloy Behaviour and Design de l'ORNL, avec un prix d'excellence en reconnaissance de son leadership dans le développement du nouvel acier Three Chromium-eXtreme High-Temperature Strength, ou 3Cr-XHTS. L'alliage d'acier est composé de chrome, qui représente nominalement 3 % de la masse du matériau, comme l'indique son nom, et d'autres éléments d'alliage.

Grâce au programme VTO LightMAT, l'équipe ORNL a travaillé en étroite collaboration avec Cummins, partenaire de l'accord de recherche et de développement coopératif, pour développer l'alliage d'acier plus durable en moins de quatre ans.

« Nous avons eu une excellente collaboration avec Cummins, et travailler avec eux nous a permis de rassembler l'expertise unique d'ORNL et de Cummins pour développer le 3Cr-XHTS », a déclaré Pierce. "J'étais ravi pour toute notre équipe qu'après quatre années de travail acharné et des résultats passionnants, nous soyons reconnus."

L'acier 3Cr-XHTS a été créé pour être utilisé dans les pistons capables de supporter des températures élevées, des contraintes élevées et de longues périodes d'usure pour les moteurs à combustion interne robustes de nouvelle génération, à haut rendement. L'alliage d'acier de pointe actuel pour les pistons de moteurs robustes, l'acier 4140, est limité aux applications où les températures maximales du métal sont inférieures à 500 °C, ce qui rend le matériau insuffisant pour une utilisation dans les futurs moteurs à température plus élevée.

« Pour l'application sur les pistons, nous devions concevoir un acier qui soit non seulement solide et résistant à l'oxydation à haute température, mais qui doit également bien conduire la chaleur. L'un des objectifs de la conduction de la chaleur est de maintenir la température à la surface de combustion du piston suffisamment basse pour que le matériau ne se détériore pas pendant le fonctionnement », a déclaré Pierce. « Ces propriétés sont souvent en conflit les unes avec les autres, ce qui signifie que lorsqu’une propriété est améliorée, d’autres peuvent être dégradées, et notre équipe devait surmonter ce défi de conception métallurgique. »

Le nouvel acier à haute résistance et à teneur moyenne en carbone est optimisé pour une résistance supérieure à la fatigue et à l'oxydation. Par rapport au 4140, l'acier 3Cr-XHTS a démontré une augmentation de 143 % de la résistance à la fatigue et une augmentation d'environ 75 °C de la température de fonctionnement haut de gamme. L'acier a également démontré une amélioration de 46 % de sa résistance à la fatigue à haute température et à cycle élevé par rapport à l'acier à outils H11, un autre alliage à haute température contenant du chrome.

En utilisant de l'acier 3Cr-XHTS, les chercheurs ont fabriqué des couronnes de piston pleine grandeur, des pièces de moteur situées sur la surface supérieure des pistons et exposées à des gaz à haute température et à haute pression pendant la combustion. Le nouvel alliage a réussi avec succès le test de moteur le plus rigoureux de Cummins, un test de puissance de pointe modifiée de 500 heures, dans un moteur six cylindres de 15 litres pour usage intensif.

En plus des propriétés matérielles avantageuses de l'acier, l'acier 3Cr-XHTS est abordable et peut potentiellement remplacer les aciers à outils plus coûteux. L'alliage pourrait avoir des applications dans divers efforts de décarbonation du secteur automobile et est compatible avec les carburants à faible teneur en carbone qui pourraient être adoptés pour les véhicules lourds à l'avenir, tels que le gaz naturel, l'hydrogène, le diesel synthétique, le diesel renouvelable et les biocarburants.

Lors de l'examen annuel du mérite, l'équipe de recherche DuAlumin-3D de l'ORNL a reçu un prix d'équipe reconnaissant son développement du DuAlumin-3D, un alliage d'aluminium léger développé dans le cadre du programme de base des matériaux du groupe motopropulseur du VTO dans le cadre d'un effort conjoint avec le DOE Advanced Materials and Manufacturing Office, ou AMMTO. Les travaux ont été réalisés en partie au centre de démonstration de fabrication de l'ORNL, qui abrite le MDF Consortium, un groupe national de collaborateurs travaillant avec le laboratoire pour faire progresser l'état de l'art de la technologie de fabrication américaine sous la direction de l'AMMTO.