Като нова технология за адитивно производство, DED (Direct Electric Discharge) е показала уникални предимства при производството на сплав Inconel 625 поради високата си ефективност, ниска цена и възможности за производство в големи мащаби. Въпреки това, традиционният DED процес често води до стълбовидна кристална структура с ясно изразена <001> ориентация, което затруднява постигането на оптимална якост и пластичност на материала.
I. Научен контекст и значение
Нови проучвания установиха, че увеличаването на плътността на енергията по шева (LED) може ефективно да подобри характеристиките на сплавта Inconel 625 чрез преобразуване на колонните зърна в почти равноосни зърна; въпреки това конкретният механизъм на ролята на превключването на пътя на отпечатване остава неясен. Освен това уникалните характеристики на междуслоевите повърхности при адитивното производство значително влияят на механичните свойства на материалите, особено при високи температури, където могат да доведат до концентрация на деформацията по повърхностите и преждевременно разрушаване. Следователно, изследването на влияещите механизми на междуслоевите повърхности при различни температури има голяма стойност за оптимизацията на процесите и подобряването на материалните характеристики .
Въз основа на гореспоменатия изследователски контекст, Enigma сътрудничи с екип от Technology и NOVA University Lisbon в Португалия, за да публикуват най-новите си изследователски резултати в списание Materials Research Letters с заглавие „ Подобрени механични свойства и механизъм на деформация с в DED Inconel 625 чрез превключване на печатната пътека , систематично изследване на влиянието на дизайна на печатната пътека върху микроструктурата и механичните свойства на материала.
Източник [1]
II. Експериментални методи
В това проучване е използвана технологията Cold Metal Transfer (CMT) DED за изработване на образци от сплав Inconel 625 в защитна атмосфера от смесен газ 70% Ar + 30% He. За да се осигури надеждността на експерименталните резултати, екипът по изследването е оптимизирал ключовите параметри на процеса: ток 116 A, скорост на подаване на жицата 4.6 m/мин и линейна плътност на енергията 140 J/мм. Беше приета стратегия за пътека с наслагване под 90° завъртане между слоевете, за да се подготвят цилиндрични образци с диаметър 50 mm и дължина 100 mm.
Източник [1]
За всеобхватна характеристика на материалните свойства беше приложен многостепенен аналитичен метод : микроструктурната еволюция беше анализирана чрез XRD, OM, SEM-EBSD и TEM системи; механичните свойства бяха оценени чрез изпитване на микротвърдост и опити за опъване при стайна температура и високи температури (400-850°C).
III. Резултати и дискусия
3.1 Микроструктурни характеристики
Анализът на микроструктурата разкри значителното влияние на дизайна на печатния път. В сравнение с традиционните образци по пътя 0°, образците, подготвените чрез превключване на пътя 90°, проявиха уникални почти изотропни кристални характеристики: средната дължина на зърната беше 527 ± 5 μm, ширината беше 172 ± 7 μm (съотношение на аспекти 3,06) и формираха се области с фини зърна (37 ± 2 μm) на междинните повърхности.XRD анализът потвърди, че образците имат еднофазна кубична структура с центрирани лица.
Източник [1]
Проучванията потвърдиха, че високият LED, комбиниран с превключване на пътя, може ефективно да намали температурния градиент на разтопеното легло, да потисне епитаксиалния растеж на колонни кристали и да стимулира формирането на равноосни кристали чрез увеличаване на дълбочината на претопяването и осигуряване на нови центрове за зародишване, което оптимизира микроструктурата на материала тази комбинация от процеси осигурява ефективен метод за постигане на преобразуването от колонни кристали към равноосни кристали
3.2 Механични свойства при температура на околната среда
Изпитвания на механични свойства при температура на околната среда показват, че Образци от Inconel 625, подготвени чрез използване на печатен път от 90°, проявяват отлична комбинация от якост и пластичност, с предел на текучест 401 ± 12 MPa, якост при опън 724 ± 5 MPa и удължение от 57 ± 5% материалът проявява типично триетапно поведение при упрочняване при деформация, като особено демонстрира увеличена способност за упрочняване при деформация в обхвата 8–25%, което води до висок продукт от пластичност и якост от 41,3 GPa*%, значително по-добър от традиционните горещо валцовани сплави (32,1 GPa*%).
Източник [1]
Анализът на микроструктурата разкрива, че образците с близка равноосна структура имат по-големи размери на зърната (232 ± 16 μm спрямо горещо валцовани образци < 130 μm), а тяхното превъзходно представяне предимно се дължи на два фактора: първо, основната роля на упрочняването чрез дислокации и второ, уникален механизъм на деформация. Микроскопският анализ разкри, че по време на деформация материалът формира стени с висока плътност на дислокации и структури от заключени дислокации. Тези микроструктурни особености ефективно предотвратяват движението на дислокациите, което повишава якостта на материала . По-важното е, че не е наблюдавано концентриране на напрежение в междуслойните интерфейси, и винаги се наблюдаваше фрактура по границите на зърната, което потвърждава, че интерфейсите, формирани от печатния път, не влияят на материалните свойства . Именно това уникално движение на дислокациите, комбинирано с ненарушени интерфейси, общо взето осигурява изключителните комплексни свойства на материала.
3.3 Високотемпературни механични свойства
Изследване на високотемпературните механични свойства е разкрило превъзходната адаптивност при висока температура на почти изотропния сплав Inconel 625. Проучванията показват, че в широкия температурен диапазон от 400–850°C, силовите свойства на този материал постоянно надминават тези на традиционните лити сплави. Забележете, че удължението му остава на по-високо ниво под 700°C, като едва след превишаване на 700°C се наблюдава леко намаление. Чрез анализ на морфологията на фрактурата, проучването установи различни преходи в поведението на фрактурите, зависими от температурата: при 600°C фрактурата проявявала типични характеристики на междузърнеста пластична фрактура, като повърхността на фрактурата показвала равномерно разпределени плитки пластични ямки; между 750°C и 800°C режимът на фрактура преминава към междузърнеста фрактура, проявявайки изразени характеристики на крехка фрактура; когато температурата достигне 850°C, повърхността на фрактурата проявява смесена фрактурна характеристика, включваща както пластични ямки, така и равнини с крехка фрактура.
Източник [1]
IV. Заключение
Това проучване разкрива критичното влияние на дизайна на печатния път върху микроструктурата и свойствата на сплавта Inconel 625. Чрез използване на стратегия на печат с висок енергиен вход, комбинирана с 90° въртене между слоевете, традиционната колонна зърнеста структура беше успешно преобразувана в равномерна почти равноосна зърнеста структура. Чрез напреднали техники за анализ на микроструктурата беше установено, че тази уникална структура проявява отличителни модели на движение на дислокации по време на деформация: не само планарно плъзване се случва, но също така се формират стени с висока плътност на дислокации и специални структури от заключени дислокации. Синергетичното взаимодействие на тези микроструктурни механизми осигурява на материала както отлична якост, така и добра пластичност.
Заслужава да се отбележи, че зоните с фини зърна между слоевете, които се формираха по време на печатането, не само че не намалиха представянето, а всъщност го подобриха. Тестовите резултати показват, че тази оптимизирана почти равноосна кристална структура проявява изключителни механични свойства в широк диапазон от температури – от стайна температура до високи температури. Това откритие осигурява нови процесни прозрения за високоефективно адитивно производство на критични компоненти в авиокосмическата индустрия и други области, демонстрирайки широки приложни перспективи.
Връзка към публикацията：
[1] https://doi.org/10.1080/21663831.2025.2476174
Горчиви новини2025-06-30
2025-07-04
2025-07-01
EN
