¡Noticia de última hora! Logro conjunto de Enigma y la Universidad Nova de Lisboa: La optimización de trayectorias mejora el rendimiento a temperatura ambiente y alta temperatura del Inconel 625 aditivo por arco.

Como tecnología emergente de fabricación aditiva, DED (Descarga Eléctrica Directa) ha demostrado ventajas únicas en la fabricación de aleación Inconel 625 debido a su alta eficiencia, bajo costo y capacidades de formación a gran escala. Sin embargo, el proceso tradicional DED a menudo resulta en una estructura cristalina columnar con una orientación <001> definida, lo que dificulta lograr tanto la resistencia ideal como la ductilidad en el material.

I. Antecedentes y Relevancia de la Investigación

Estudios recientes han encontrado que aumentar la densidad de energía lineal (LED) puede mejorar eficazmente el desempeño de la aleación Inconel 625 al transformar granos columnares en granos casi equiaxiales; sin embargo, el mecanismo específico del papel del cambio de trayectoria de impresión sigue siendo poco claro. Además, las características únicas de la interfaz entre capas en la fabricación aditiva influyen significativamente en las propiedades mecánicas del material, especialmente a altas temperaturas, donde pueden provocar concentración de deformación en la interfaz y falla prematura. Por lo tanto, investigar los mecanismos de influencia de las interfaces intercapa a diferentes temperaturas tiene un gran valor para optimizar procesos y mejorar el desempeño del material .

Con base en el antecedente de investigación mencionado anteriormente, Enigma colaboró con un equipo de Tecnología y Universidad Nova de Lisboa en Portugal para publicar sus últimos hallazgos de investigación en Materials Research Letters titulado “ Propiedades mecánicas mejoradas y mecanismo de deformación s en DED Inconel 625 mediante cambio de trayectoria de impresión , explorando sistemáticamente la influencia del diseño de la trayectoria de impresión sobre la microestructura y las propiedades mecánicas del material.

Fuente [1]

II. Métodos experimentales

Este estudio utilizó la tecnología DED de Transferencia Fría de Metal (CMT) para fabricar muestras de aleación Inconel 625 bajo una atmósfera protectora compuesta por una mezcla de gas de 70 % Ar + 30 % He. Para garantizar la fiabilidad de los resultados experimentales, el equipo de investigación optimizó los parámetros clave del proceso: corriente de 116 A, velocidad de alimentación del alambre de 4,6 m/min y densidad de energía lineal de 140 J/mm. Se adoptó una estrategia de trayectoria con rotación de 90° entre capas para preparar probetas cilíndricas con un diámetro de 50 mm y una longitud de 100 mm.

Fuente [1]

Para caracterizar de manera integral las propiedades del material, se adoptó un método de análisis multiescala : la evolución microestructural se analizó mediante sistemas XRD, OM, SEM-EBSD y TEM; las propiedades mecánicas se evaluaron utilizando pruebas de microdureza y experimentos de tracción a temperatura ambiente y altas temperaturas (400-850°C).

III. Resultados y Discusión

3.1 Características microestructurales

El análisis microestructural reveló la influencia significativa del diseño de la trayectoria de impresión. En comparación con las muestras tradicionales con trayectoria de 0°, las muestras preparadas utilizando el cambio de trayectoria de 90° exhibieron características cristalinas casi isotrópicas únicas: la longitud promedio de grano fue de 527 ± 5 μm, el ancho fue de 172 ± 7 μm (relación de aspecto 3.06), y regiones de grano fino (37 ± 2 μm) se formaron en las interfaces de capas. El análisis por XRD confirmó que las muestras presentan una estructura cúbica centrada en las caras monofásica.

Fuente [1]

La investigación ha confirmado que lED alta combinada con el cambio de trayectoria puede reducir eficazmente el gradiente de temperatura de la piscina de fusión, suprimir el crecimiento epitaxial de cristales columnares y promover la formación de cristales equiaxiales al aumentar la profundidad de remelting y proporcionar nuevos sitios de nucleación, optimizando así la microestructura del material esta combinación de procesos proporciona un medio eficaz para lograr la transformación de cristales columnares a cristales equiaxiales.

3.2 Propiedades mecánicas a temperatura ambiente

Las pruebas de propiedades mecánicas a temperatura ambiente indican que Las muestras de Inconel 625 preparadas utilizando una trayectoria de impresión de 90° exhiben un excelente equilibrio entre resistencia y ductilidad, con un límite elástico de 401 ± 12 MPa, una resistencia a la tracción de 724 ± 5 MPa y una elongación del 57 ± 5% .El material presenta un comportamiento típico de endurecimiento por deformación en tres etapas, mostrando especialmente una capacidad mejorada de endurecimiento por deformación en el rango de 8–25% de deformación, lo que resulta en un alto producto de plasticidad-resistencia de 41,3 GPa*%, superando significativamente a las aleaciones tradicionales laminadas en caliente (32,1 GPa*%).

Fuente [1]

El análisis microestructural revela que las muestras casi equiaxiales presentan tamaños de grano más grandes (232 ± 16 μm frente a muestras laminadas en caliente < 130 μm), y su rendimiento superior se debe principalmente a dos factores: primero, el papel fundamental del endurecimiento por dislocaciones, y segundo, un mecanismo de deformación único. El análisis microscópico reveló que durante la deformación, el material forma paredes de dislocaciones de alta densidad y estructuras de bloqueo de dislocaciones. Estas características microestructurales impiden eficazmente el movimiento de dislocaciones, aumentando así la resistencia del material . Lo más importante es que no se observó concentración de tensiones en las interfaces entre capas, y la fractura siempre se producía en los límites de grano, confirmando que las interfaces formadas por la trayectoria de impresión no afectan el rendimiento del material . Es este movimiento único de dislocaciones combinado con interfaces intactas lo que conjuntamente confiere al material sus excepcionales propiedades integrales.

3.3 Propiedades mecánicas a alta temperatura

Las pruebas de propiedades mecánicas a alta temperatura han revelado la excelente adaptabilidad a altas temperaturas de la aleación Inconel 625 casi isotrópica. La investigación muestra que dentro del amplio rango de temperatura de 400–850 °C, las propiedades de resistencia de este material superan consistentemente a las de las aleaciones fundidas tradicionales. Lo notable es que su elongación se mantiene a un nivel más alto por debajo de los 700°C, observándose solo una ligera disminución tras superar los 700°C. A través del análisis de la morfología de fractura, el estudio observó transiciones en el comportamiento de fractura dependientes de la temperatura: a 600°C, la fractura presentaba características típicas de fractura dúctil intercristalina, con una superficie de fractura mostrando huellas dúctiles someras uniformemente distribuidas; entre 750°C y 800°C, el modo de fractura transita a fractura intercristalina, exhibiendo características distintas de fractura frágil; cuando la temperatura alcanza los 850°C, la superficie de fractura presenta características mixtas de fractura, con ambas regiones de huellas dúctiles y planos de fractura frágil.

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Conclusión

Este estudio revela la influencia crítica del diseño de la trayectoria de impresión sobre la microestructura y las propiedades de la aleación Inconel 625. Al emplear una estrategia de impresión con alto aporte energético combinada con una rotación de capas de 90°, se logró transformar con éxito la estructura tradicional de granos columnares en una estructura uniforme de granos casi equiaxiales. Mediante técnicas avanzadas de análisis microestructural, se descubrió que esta estructura única exhibe patrones distintivos de movimiento de dislocaciones durante la deformación: no solo ocurre deslizamiento plano, sino que también se forman muros de alta densidad de dislocaciones y estructuras especiales de bloqueo de dislocaciones. La interacción sinérgica de estos mecanismos microestructurales proporciona al material tanto una excelente resistencia como ductilidad.

Destacablemente, las zonas de grano fino entre capas formadas durante la impresión no debilitaron el desempeño, sino que lo mejoraron. Los resultados de las pruebas demuestran que esta estructura cristalina optimizada, casi equiaxial, exhibe excelentes propiedades mecánicas en un amplio rango de temperaturas, desde la temperatura ambiente hasta altas temperaturas. Este descubrimiento proporciona nuevas perspectivas sobre el proceso para la fabricación aditiva de alto rendimiento de componentes críticos en la industria aeroespacial y otros campos, mostrando amplias perspectivas de aplicación.

Enlace del artículo ：

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