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May 28, 2023

ORNL 研究者、チームが adv の栄誉を受賞

DOE/オークリッジ国立研究所の画像: ORNL のディーン・ピアース氏はカミンズ氏と協力して、高強度の中炭素鋼合金である 3Cr-XHTS 鋼からピストンを開発および作成しました。 もっと見る クレジット:

DOE/オークリッジ国立研究所

画像: ORNL の Dean Pierce は、Cummins と協力して、高強度の中炭素鋼合金である 3Cr-XHTS 鋼からピストンを開発および作成しました。もっと見る

クレジット: ORNL、米国エネルギー省

エネルギー省オークリッジ国立研究所のピアース学部長とORNLのアレックス・プロトコウスキー率いる研究チームは、極限環境に耐えることができる新しい高性能合金の開発でDOEの車両技術局から表彰された。

6月12日にバーチャルで開催された今年の車両技術年次功績審査で、VTOは物理科学総局の研究開発スタッフ科学者であるピアース氏とプロトコウスキー氏率いるデュアルミン3D研究チームを表彰した。

VTO は、ORNL の合金挙動および設計グループのメンバーであるピアース氏に、新しいスリー クロム エクストリーム高温強度 (3Cr-XHTS) 鋼の開発におけるリーダーシップを評価して、傑出した功績賞を授与しました。 鋼合金は、その名前に反映されているように、公称材料質量の 3% を占めるクロムと、その他の合金元素でできています。

VTO LightMAT プログラムを通じて、ORNL チームは共同研究開発契約のパートナーであるカミンズと緊密に連携して、より耐久性の高い合金鋼を 4 年以内に開発しました。

「私たちはカミンズと素晴らしい協力関係を築いてきました。彼らと協力することで、ORNL とカミンズの両方の独自の専門知識を結集して 3Cr-XHTS を開発することができました」とピアース氏は述べています。 「4年間の努力といくつかのエキサイティングな結果を経て、私たちが認められたことにチーム全員が興奮しました。」

3Cr-XHTS 鋼は、次世代の高効率、高耐久内燃エンジンの高温、高応力、長期間の摩耗に耐えることができるピストンに使用するために作成されました。 高耐久エンジンピストン用の現在の最先端の合金鋼である 4140 鋼は、金属のピーク温度が 500 ℃ 未満の用途に限定されており、この材料は将来の高温エンジンでの使用には不十分です。

「ピストンの用途では、高温での強度と耐酸化性があるだけでなく、熱をよく伝導する鋼を設計する必要がありました。 熱を伝導する目的の1つは、ピストンの燃焼面の温度を十分に低く保ち、作動中に材料が破損しないようにすることです」とピアース氏は語った。 「これらの特性はしばしば互いに矛盾します。つまり、1 つの特性が改善されると他の特性が低下する可能性があるため、私たちのチームはこの冶金学的設計の課題を克服する必要がありました。」

新しい高強度中炭素鋼は、優れた疲労耐性と耐酸化性を実現するために最適化されています。 4140 と比較して、3Cr-XHTS 鋼は疲労強度が 143% 向上し、最高動作温度が約 75 ℃上昇しました。 この鋼は、別のクロム含有高温合金である H11 工具鋼と比較して、高サイクル高温疲労強度が 46% 向上していることも実証されました。

研究者らは 3Cr-XHTS 鋼を使用して、フルサイズのピストン クラウン、つまりピストンの上面に位置し、燃焼中に高温ガスと高圧にさらされるエンジン部品を製造しました。 この新しい合金は、カミンズの最も厳格なエンジン テストである、6 気筒 15 リットルの高耐久エンジン内での 500 時間の修正ピーク出力テストに合格しました。

鋼の有利な材料特性に加えて、3Cr-XHTS 鋼は手頃な価格であり、高コストの工具鋼の代替となる可能性があります。 この合金は、さまざまな自動車分野の脱炭素化の取り組みに応用できる可能性があり、天然ガス、水素、合成ディーゼル、再生可能ディーゼル、バイオ燃料など、将来大型車両に採用される可能性のある低炭素燃料と互換性がある。

年次功績審査では、ORNL の DuAlumin-3D 研究チームがチーム賞を受賞しました。DuAlumin-3D は、DOE Advanced Materials and Manufacturing Office と共同で VTO パワートレイン材料コア プログラムに基づいて開発された軽量アルミニウム合金です。アムト。 作業の一部は、AMMTOの指導の下、米国の製造技術の最先端を進歩させるために研究所と協力する全国規模の協力者グループであるMDFコンソーシアムの本拠地であるORNLの製造デモンストレーション施設で行われた。