Aktuální zpráva! Společného úspěchu dosáhly společnosti Enigma a Univerzita NOVA v Lisabonu: Optimalizace dráhy zlepšuje výkon slitiny Inconel 625 za pokojové teploty i za vysoké teploty.

Jako nová technologie aditivní výroby prokázala technologie DED (přímé elektrické výbojování) své jedinečné výhody při výrobě slitiny Inconel 625 díky vysoké účinnosti, nízkým nákladům a schopnosti výroby velkých součástí. Tradiční proces DED však často vede ke sloupkové krystalické struktuře s výraznou orientací <001>, což ztěžuje dosažení ideální pevnosti a houževnatosti materiálu.

I. Zázemí a význam výzkumu

Nedávné studie zjistily, že zvýšení hustoty řádkovací energie (LED) může efektivně vylepšit vlastnosti slitiny Inconel 625 tím, že se přemění sloupkovité zrna na téměř rovnoosá zrna. Mechanismus působení přepínání řádkovací dráhy však zůstává nejasný. Navíc výrazně ovlivňují mechanické vlastnosti materiálu, zejména za vysokých teplot, kdy mohou vést ke koncentraci deformace na rozhraní a k předčasnému selhání, což má velký význam. zkoumání vlivových mechanismů mezivrstevných rozhraní při různých teplotách má velkou hodnotu pro optimalizaci procesů a zlepšování vlastností materiálů .

Na základě výše uvedeného výzkumného kontextu Enigma spolupracovala s týmem z Technologie a NOVA University Lisbon v Portugalsku, aby zveřejnila své nejnovější výzkumné výsledky v časopise Materials Research Letters s názvem „ Zlepšené mechanické vlastnosti a deformační mechanismus s v DED Inconel 625 prostřednictvím přepínání tiskové dráhy , systematicky zkoumá vliv návrhu tiskové dráhy na mikrostrukturu a mechanické vlastnosti materiálu.

Zdroj [1]

II. Experimentální metody

Tato studie použila technologii DED s chladicím kovovým přenosem (CMT) k výrobě vzorků slitiny Inconel 625 v ochranné atmosféře směsi 70 % Ar + 30 % He. Za účelem zajištění spolehlivosti experimentálních výsledků optimalizoval tým výzkumníků klíčové procesní parametry: proud 116 A, rychlost přívodu drátu 4,6 m/min a lineární hustotu energie 140 J/mm. Byla použita strategie rotační tiskové dráhy mezi jednotlivými vrstvami o 90° pro přípravu válcových zkušebních těles o průměru 50 mm a délce 100 mm.

Zdroj [1]

Pro komplexní charakterizaci vlastností materiálu byla použita víceúrovňová analytická metoda : mikrostrukturní vývoj byl analyzován pomocí systémů XRD, OM, SEM-EBSD a TEM; mechanické vlastnosti byly hodnoceny pomocí mikrotvrdosti a tahových zkoušek při pokojové a vysoké teplotě (400–850 °C).

III. Výsledky a diskuse

3.1 Mikrostrukturní charakteristiky

Mikrostrukturní analýza odhalila významný vliv návrhu tiskové dráhy. Ve srovnání s tradičními vzorky s dráhou 0°, vzorky připravené pomocí přepínání dráhy 90° vykazovaly jedinečné téměř izotropní krystalické charakteristiky: průměrná délka zrna byla 527 ± 5 μm, šířka 172 ± 7 μm (poměr délky ku šířce 3,06) a jemnozrnné oblasti (37 ± 2 μm) se vytvořily na rozhraních vrstev. XRD analýza potvrdila, že vzorky mají jedinou fázi prostorově centrované kubické struktury.

Zdroj [1]

Výzkum potvrdil, že vysoké světlo LED v kombinaci s přepínáním dráhy může efektivně snížit teplotní gradient tavné lázně, potlačit epitropní růst sloupkových krystalů a podpořit tvorbu rovnoosých krystalů zvýšením hloubky přetavení a poskytnutím nových nukleačních míst, čímž se optimalizuje mikrostruktura materiálu tato kombinace procesů poskytuje účinný prostředek k dosažení přeměny sloupkových krystalů na rovnoosé krystaly.

3.2 Mechanické vlastnosti při pokojové teplotě

Zkoušky mechanických vlastností při pokojové teplotě ukazují, že Vzorky Inconel 625 připravené pomocí tiskové dráhy 90° vykazují vynikající kombinaci pevnosti a tažnosti, s mezí kluzu 401 ± 12 MPa, pevností v tahu 724 ± 5 MPa a prodloužením 57 ± 5% materiál vykazuje typické třícestné zpevnění v důsledku deformace, zejména projevuje zvýšenou schopnost zpevnění v rozmezí 8–25 % poměrného prodloužení, což má za následek vysoký součin plasticity a pevnosti 41,3 GPa*%, výrazně překračující výkon tradičních tvářených slitin (32,1 GPa*%).

Zdroj [1]

Analýza mikrostruktury ukázala, že vzorky s blízkým rovnoosým zrnem mají větší velikost zrna (232 ± 16 μm ve srovnání s tvářenými vzorky < 130 μm) a jejich vynikající vlastnosti pocházejí hlavně ze dvou faktorů: prvně z klíčové role zpevnění dislokacemi a za druhé z jedinečného deformačního mechanismu. Mikroskopická analýza odhalila, že během deformace materiál vytváří stěny s vysokou hustotou dislokací a struktury zablokovaných dislokací. Tyto mikrostrukturní znaky účinně brání pohybu dislokací, čímž se zvyšuje pevnost materiálu . Co je důležitější, nebyla pozorována žádná koncentrace napětí na rozhraních mezivrstev, a lom vždy nastal v mezích zrn, což potvrzuje, že rozhraní vytvořená tiskovou dráhou neovlivňují vlastnosti materiálu . Jsou to právě tyto jedinečné pohyby dislokací v kombinaci s neporušenými rozhraními, které společně zajišťují vynikající komplexní vlastnosti materiálu.

3.3 Vysokoteplotní mechanické vlastnosti

Testování vysokoteplotních mechanických vlastností odhalilo vynikající vysokoteplotní adaptabilitu téměř izotropní slitiny Inconel 625. Výzkum ukazuje, že v širokém teplotním rozsahu 400–850 °C jsou pevnostní vlastnosti tohoto materiálu stále lepší než u tradičních litin. Zvláště jeho tažnost zůstává na vyšší úrovni pod 700 °C, přičemž se po překročení 700 °C pozoruje pouze mírný pokles. Studie prostřednictvím analýzy morfologie lomu zaznamenala výrazné teplotně závislé přechody ve chování lomu: při 600 °C vykazoval lom typické znaky mezikrystalického plastického lomu, přičemž povrch lomu měl rovnoměrně rozložené mělké plastické cupky; mezi 750 °C a 800 °C se režim lomu mění na mezikrystalický lom, který vykazuje výrazné znaky křehkého lomu; dosáhne-li teplota 850 °C, projevuje se povrch lomu smíšeným charakterem lomu s projevy plastických cuplek i křehkých lomových ploch.

Zdroj [1]

IV. Závěr

Tato studie odhaluje kritický vliv návrhu tiskové cesty na mikrostrukturu a vlastnosti slitiny Inconel 625. Použitím strategie tisku s vysokým příkonem energie ve spojení s rotací vrstev o 90° se podařilo úspěšně transformovat tradiční sloupkovou strukturu zrn na rovnoměrnou téměř izometrickou zrnitou strukturu. Prostřednictvím pokročilých technik analýzy mikrostruktury bylo zjištěno, že tato jedinečná struktura vykazuje specifické vzorce pohybu dislokací během deformace: nejenže dochází k rovinnému kluzu, ale také se vytvářejí stěny s vysokou hustotou dislokací a speciální struktury zablokování dislokací. Synergetická interakce těchto mikrostrukturních mechanismů dodává materiálu jak vynikající pevnost, tak i houževnatost.

Zvlášť pozoruhodné je, že mezi vrstvami vzniklé oblasti jemných zrn, které vznikly během tisku, neoslabily výkon, ale ve skutečnosti ho posílily. Výsledky testů prokazují, že tato optimalizovaná téměř rovnoosá krystalická struktura vykazuje vynikající mechanické vlastnosti v širokém rozmezí teplot od pokojové teploty až po vysoké teploty. Tento objev poskytuje nové poznatky o procesech vysokorychlostního výrobního procesu kritických komponent pro letecký průmysl a další obory a předvídá široké aplikační možnosti.

Odkaz na článek：

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