جميع الفئات

أخبار عاجلة! إنجاز مشترك لشركة إنجما وجامعة نوا لشبونة: تحسين المسار يعزز أداء سبيكة إنكونيل 625 في درجة الحرارة العادية ودرجة الحرارة المرتفعة.

Jul 04, 2025

تُعتبر تقنية DED (التفريغ الكهربائي المباشر) تقنيةً ناشئةً في مجال التصنيع الإضافي، ولقد أظهرت مزايا فريدة في تصنيع سبيكة Inconel 625 بفضل كفاءتها العالية وتكاليفها المنخفضة وقدرتها على التشكيل على نطاق واسع. ومع ذلك، فإن العملية التقليدية لتقنية DED تؤدي في كثير من الأحيان إلى تشكيل بنية بلورية عمودية ذات توجيه <001> مميز، مما يجعل من الصعب تحقيق مقاومة ومطيلية مثاليين في المادة.

أ. خلفية البحث وأهميته

أظهرت دراسات حديثة أن زيادة كثافة الطاقة الخطية (LED) يمكن أن تحسن بشكل فعال أداء سبيكة Inconel 625 من خلال تحويل الحبوب العمودية إلى حبوب شبه متساوية؛ ومع ذلك، يظل الميكانيزم المحدد لدور تبديل مسار الطباعة غير واضح. علاوة على ذلك، فإن خصائص واجهة الطبقة الفريدة في التصنيع الإضافي تؤثر بشكل كبير على الخواص الميكانيكية للمواد، وخاصة عند درجات الحرارة العالية، حيث يمكن أن تؤدي إلى تركيز الانفعال في الواجهة وحدوث فشل مبكر. لذلك، يُعد التحقيق في آليات تأثير واجهات الطبقة عند درجات حرارة مختلفة ذا قيمة كبيرة لتحسين العمليات وتعزيز أداء المواد .

بناءً على الخلفية البحثية المذكورة أعلاه، تعمل شركة إنجما بالتعاون مع فريق من التكنولوجيا وال جامعة نوفا في لشبونة في البرتغال لنشر أحدث نتائجها البحثية في مجلة Materials Research Letters تحت عنوان خصائص ميكانيكية محسّنة وميكانيكية التشوه ص في DED Inconel 625 عبر تبديل مسار الطباعة ، واستكشاف تأثير تصميم مسار الطباعة على البنية الدقيقة للمواد والخصائص الميكانيكية بطريقة منهجية

图1.jpg

المصدر [1]

II. الطرق التجريبية

استخدمت هذه الدراسة تقنية الترسيب المعدني البارد (CMT) لتصنيع عينات من سبيكة Inconel 625 تحت غلاف واقٍ من خليط غاز 70% أرجون + 30% هيليوم. ولضمان دقة نتائج التجربة، قام فريق البحث بتحسين المعايير الأساسية لعملية التصنيع: التيار 116 أمبير، سرعة تغذية السلك 4.6 م/دقيقة، وكثافة الطاقة الخطية 140 جول/ملم. تم اعتماد استراتيجية مسار دوران 90° بين كل طبقة وأخرى لتصنيع عينات أسطوانية قطرها 50 ملم وطولها 100 ملم.

图2.png

المصدر [1]

لتحليل خصائص المادة بشكل شامل، تم اعتماد طريقة تحليل متعدد المقاييس : تم تحليل تطور البنية المجهرية باستخدام أنظمة حيود الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الضوئي (OM)، والمجهر الإلكتروني الماسح مع حيود الإلكترونات العكوسة (SEM-EBSD)، ومجهر الإلكترون النافذ (TEM)؛ كما تم تقييم الخصائص الميكانيكية باستخدام اختبار الصلادة الدقيقة واختبارات الشد عند درجة حرارة الغرفة وفي درجات الحرارة المرتفعة (400-850°م).

III. النتائج والمناقشة

3.1 الخصائص البنائية

أظهرت تحليلات البنية المجهرية التأثير الكبير لتصميم مسار الطباعة. بالمقارنة مع العينات ذات المسار التقليدي 0°، فإن العينات التي أُعدت باستخدام مسار 90° أظهرت خصائص بلورية قريبة من المتساوية الاتجاه: كان الطول المتوسط للحبوب 527 ± 5 مايكرومتر، والعرض 172 ± 7 مايكرومتر (نسبة الطول إلى العرض 3.06)، وتشكلت مناطق ذات حبوب دقيقة (37 ± 2 مايكرومتر) في واجهات الطبقات. أكد تحليل حيود الأشعة السينية (XRD) أن العينات تمتلك بنية بلورية واحدة على شكل مكعب مركزي الوجوه.

图3.png

المصدر [1]

أكدت الأبحاث أن يمكن أن يقلل ارتفاع مصابيح LED بال combination مع تبديل المسار بشكل فعال من درجة حرارة التدرج في البركة المصهورة، ويمنع نمو البلورات العمودية بطريقة النمو الظهاري، ويشجع تشكيل البلورات المتساوية المحاور من خلال زيادة عمق الإعادة للصهر وتوفير مواقع تشكل جديدة، مما يؤدي إلى تحسين البنية الدقيقة للمادة توفر هذه العملية المركبة وسيلة فعالة لتحقيق التحول من البلورات العمودية إلى البلورات المتساوية المحاور.

3.2 الخواص الميكانيكية عند درجة حرارة الغرفة

تشير اختبارات الخواص الميكانيكية عند درجة حرارة الغرفة إلى أن تُظهر عينات Inconel 625 التي تم إعدادها باستخدام مسار طباعة بزاوية 90° تطابقًا ممتازًا بين القوة والمطيلية، حيث تبلغ مقاومة الخضوع 401 ± 12 MPa، ومقاومة الشد 724 ± 5 MPa، والنسبة المئوية للمطيلية 57 ± 5% .يُظهر هذا المعدن سلوكًا نموذجيًا في التصلب نتيجة العمل الممتد على ثلاث مراحل، ويتميز بقدرة عالية على التصلب نتيجة التشويه ضمن نطاق الانفعال من 8 إلى 25%، مما يؤدي إلى تحقيق منتج عالٍ من اللدونة والمقاومة يبلغ 41.3 GPa*%، وهو ما يتفوق بشكل كبير على السبائك التقليدية ذات الدرفلة الساخنة (32.1 GPa*%).

图4.png

المصدر [1]

تُظهر التحليلات المجهرية أن العينات القريبة من الشكل الكروي تمتلك أحجام حبات أكبر (232 ± 16 ميكرومتر مقابل أقل من 130 ميكرومتر في العينات ذات الدرفلة الساخنة)، وينبع الأداء المتفوق لها أساسًا من عنصرين: أولًا: الدور الرئيسي للتقوية الناتجة عن الشواذ، وثانيًا: آلية تشوه فريدة. كشفت التحليلات الدقيقة أنه أثناء حدوث التشوه، يتكون في المادة جدران كثيفة من الشواذ وبنيات قفل شاذة. تساهم هذه الخصائص البنائية بشكل فعال في منع حركة الشواذ، وبالتالي تعزيز مقاومة المادة. .والأهم من ذلك أنه لم يتم ملاحظة أي تركيز للإجهاد عند واجهات الطبقات وحدثت دائمًا كسور داخل حدود الحبوب، مما يؤكد أن الواجهات المشكلة بواسطة مسار الطباعة لا تؤثر على أداء المادة . إن هذا الحركة الفريدة للمحصورات المدمجة مع الواجهات السليمة هي التي تمنح المادة خصائصها الشاملة المتميزة

3.3 الخواص الميكانيكية عند درجات الحرارة العالية

أظهرت اختبارات الخواص الميكانيكية عند درجات الحرارة العالية قابلية التكيف الممتازة عند درجات الحرارة المرتفعة لسبيكة Inconel 625 شبه المتجانسة تبين الأبحاث أنه ضمن نطاق درجة الحرارة الواسع البالغ 400–850°م، تتفوق خصائص مقاومة هذه المادة باستمرار على خصائص السبائك الصب التقليدية. تجدر الإشارة إلى أن استطالة المادة تبقى عند مستوى مرتفع تحت درجة حرارة 700 مئوية، مع انخفاض طفيف فقط بعد تجاوز درجة الحرارة 700 مئوية. ومن خلال تحليل مورفولوجيا الكسر، لاحظت الدراسة انتقالاً في سلوك الكسر يعتمد على درجة الحرارة: فعند 600 مئوية، أظهر الكسر خصائص كسر دuctيلي بين الحبيبات بشكل نموذجي، حيث ظهرت على سطح الكسر حفر صغيرة دuctile منتشرة بشكل موحد؛ وبين 750 مئوية و800 مئوية، تحول نمط الكسر إلى كسر بين الحبيبات، وأظهر خصائص واضحة لكسر هش؛ وعندما تصل درجة الحرارة إلى 850 مئوية، يُظهر سطح الكسر خصائص كسر مختلط يتضمن كلًا من الحفر الدuctile والسطوح المستوية للكسر الهش.

图5.png

المصدر [1]

رابعًا. خاتمة

تكشف هذه الدراسة عن التأثير الحاسم لتصميم مسار الطباعة على البنية الدقيقة وخصائص سبيكة Inconel 625. من خلال اعتماد استراتيجية طباعة ذات إدخال طاقة عالي بال kếtون مع دوران طبقات بزاوية 90°، تم تحويل التركيب البلوري العمودي التقليدي بنجاح إلى تركيب بلورات متجانسة تقريبًا ومتساوية. من خلال استخدام تقنيات تحليل البنية المجهرية المتقدمة، تبين أن هذا التركيب الفريد يُظهر أنماط حركة شاذة للتشوه أثناء الانفعال: حيث لا يحدث فقط الانزلاق المستوي، بل تتكون أيضًا جدران كثيفة من التشوهات وهياكل قفل تشويش خاصة. التفاعل التآزري بين هذه الآليات البنائية المجهرية يمنح المادة كلًا من القوة وال ductility الممتازة.

ومن الجدير بالذكر أن المناطق ذات الحبيبات الدقيقة التي تشكلت بين الطبقات أثناء الطباعة لم تضعف الأداء فحسب، بل عززته في الواقع. تُظهر نتائج الاختبار أن هذه البنية البلورية المتقاربة والمُحسَّنة تمتلك خصائص ميكانيكية ممتازة عبر نطاق واسع من درجات الحرارة، من درجة حرارة الغرفة حتى درجات الحرارة المرتفعة. يُعد هذا الاكتشاف مصدرًا لرؤى عملية جديدة في مجال تصنيع إضافة الأجزاء الحرجة بجودة عالية في قطاع الطيران والفضاء وأخرى، مما يُظهر آفاق تطبيق واسعة.

رابط المقالة :

[1] https://doi.org/10.1080/21663831.2025.2476174