En tant que technologie émergente de fabrication additive, le DED (Direct Electric Discharge) a démontré des avantages uniques dans la fabrication de l'alliage Inconel 625 en raison de son efficacité élevée, son faible coût et ses capacités de formage à grande échelle. Cependant, le processus DED traditionnel aboutit souvent à une structure cristalline columnaire possédant une orientation <001> distincte, ce qui rend difficile l'obtention à la fois d'une résistance et d'une ductilité idéales pour le matériau.
I. Contexte et importance de la recherche
Des études récentes ont montré que l'augmentation de la densité d'énergie linéaire (LED) peut améliorer efficacement les performances de l'alliage Inconel 625 en transformant les grains columnaires en grains quasi-équiaxes ; cependant, le mécanisme spécifique joué par le changement de trajectoire d'impression reste peu clair. De plus, les caractéristiques uniques des interfaces intercouches en fabrication additive influencent fortement les propriétés mécaniques du matériau, en particulier à haute température, pouvant entraîner une concentration de déformation à l'interface et une défaillance prématurée. Par conséquent, l'étude des mécanismes d'influence des interfaces intercouches à différentes températures présente une grande valeur pour l'optimisation des procédés et l'amélioration des performances des matériaux .
Sur la base du contexte de recherche mentionné ci-dessus, Enigma a collaboré avec une équipe provenant de Technology et L'Université NOVA de Lisbonne au Portugal pour publier leurs dernières découvertes de recherche dans Materials Research Letters intitulé « Propriétés mécaniques améliorées et mécanisme de déformation s en Inconel 625 DED via commutation du chemin d'impression , explorant systématiquement l'influence de la conception du chemin d'impression sur la microstructure et les propriétés mécaniques du matériau.
Source [1]
II. Méthodes expérimentales
Cette étude a utilisé la technologie DED Cold Metal Transfer (CMT) pour fabriquer des échantillons en alliage Inconel 625 sous une atmosphère protectrice composée d'un mélange de 70 % d'Ar et de 30 % d'He. Afin d'assurer la fiabilité des résultats expérimentaux, l'équipe de recherche a optimisé les paramètres clés du processus : courant de 116 A, vitesse d'alimentation du fil de 4,6 m/min, et densité d'énergie linéaire de 140 J/mm. Une stratégie de chemin de rotation de 90° couche par couche a été adoptée afin de préparer des éprouvettes cylindriques ayant un diamètre de 50 mm et une longueur de 100 mm.
Source [1]
Pour caractériser de manière complète les propriétés du matériau, une méthode d'analyse multi-échelle a été utilisée : l'évolution microstructurale a été analysée à l'aide de systèmes XRD, OM, MEB-EBSD et MET ; les propriétés mécaniques ont été évaluées par des essais de microdureté et des essais de traction à température ambiante et à hautes températures (400-850°C).
III. Résultats et Discussion
3.1 Caractéristiques microstructurales
L'analyse microstructurale a révélé l'influence significative de la conception du chemin d'impression. Par rapport aux échantillons traditionnels avec un chemin de 0°, les échantillons préparés en utilisant le changement de chemin à 90° ont présenté des caractéristiques cristallines quasi isotropes : la longueur moyenne des grains était de 527 ± 5 µm, la largeur était de 172 ± 7 µm (rapport de forme de 3,06), et des régions à grains fins (37 ± 2 µm) se sont formées aux interfaces des couches. L'analyse XRD a confirmé que les échantillons présentent une structure cubique face centrée monophasée.
Source [1]
La recherche a confirmé que la LED élevée associée à un changement de trajectoire peut réduire efficacement le gradient de température du bain fondu, supprimer la croissance épitaxiale des cristaux columnaires et favoriser la formation de cristaux équiaxes en augmentant la profondeur de refusion et en fournissant de nouveaux sites de nucléation, optimisant ainsi la microstructure du matériau . Cette combinaison de processus constitue un moyen efficace pour réaliser la transformation des cristaux columnaires en cristaux équiaxes.
3.2 Propriétés mécaniques à température ambiante
Les essais de propriétés mécaniques à température ambiante indiquent que Les échantillons d'Inconel 625 préparés à l'aide d'une trajectoire d'impression de 90° présentent un excellent équilibre entre résistance et ductilité, avec une limite d'élasticité de 401 ± 12 MPa, une résistance à la traction de 724 ± 5 MPa et une allongement de 57 ± 5 % .Le matériau présente un comportement d'écrouissage en trois étapes typique, montrant particulièrement une capacité accrue d'écrouissage dans la plage de déformation de 8 à 25 %, ce qui entraîne un produit haute ductilité-résistance de 41,3 GPa*%, surpassant nettement les alliages laminés à chaud traditionnels (32,1 GPa*%).
Source [1]
L'analyse microstructurale révèle que les échantillons quasi-équiaxes présentent des tailles de grains plus grandes (232 ± 16 μm contre < 130 μm pour les échantillons laminés à chaud), et leur performance supérieure provient principalement de deux facteurs : premier, le rôle clé du durcissement par dislocations, et deuxièmement, un mécanisme de déformation unique. L'analyse microscopique a révélé que pendant la déformation, le matériau forme des parois de dislocations à haute densité et des structures de verrouillage des dislocations. Ces caractéristiques microstructurales empêchent efficacement le mouvement des dislocations, augmentant ainsi la résistance du matériau . Plus important encore, aucune concentration de contrainte n'a été observée au niveau des interfaces intercouches, et la fracture s'est toujours produite au niveau des joints de grains, confirmant que les interfaces formées par le chemin d'impression n'affectent pas les propriétés du matériau . C'est précisément ce mouvement unique des dislocations combiné à des interfaces intactes qui confère collectivement au matériau des propriétés globales exceptionnelles.
3.3 Propriétés mécaniques à haute température
Les essais de propriétés mécaniques à haute température ont révélé l'excellente adaptabilité à haute température de l'alliage Inconel 625 quasi-isotrope. Les recherches montrent que, dans une large plage de température de 400 à 850 °C, les propriétés de résistance de ce matériau restent constamment supérieures à celles des alliages moulés traditionnels. Notamment, son allongement reste à un niveau plus élevé en dessous de 700 °C, avec une légère diminution observée uniquement après avoir dépassé 700 °C. À travers l'analyse de la morphologie des fractures, l'étude a mis en évidence des transitions de comportement au fracture dépendant distinctement de la température : à 600 °C, la fracture présentait des caractéristiques typiques de rupture ductile intergranulaire, la surface de fracture montrant des cupules ductiles peu profondes uniformément réparties ; entre 750 °C et 800 °C, le mode de rupture évolue vers une fracture intergranulaire, affichant des caractéristiques claires de rupture fragile ; lorsque la température atteint 850 °C, la surface de fracture présente un caractère mixte combinant des cupules ductiles et des plans de rupture fragile.
Source [1]
IV. Conclusion
Cette étude révèle l'influence critique de la conception du chemin d'impression sur la microstructure et les propriétés de l'alliage Inconel 625. En employant une stratégie d'impression à forte entrée d'énergie combinée à une rotation de 90° entre les couches, la structure classique de grains columnaires a été transformée avec succès en une structure homogène de grains quasi-équiaxes. Grâce à des techniques avancées d'analyse microstructurale, il a été découvert que cette structure unique présente des motifs distincts de mouvement des dislocations pendant la déformation : non seulement un glissement planaire se produit, mais également la formation de parois de dislocations à haute densité et de structures spéciales de verrouillage des dislocations. L'interaction synergique de ces mécanismes microstructuraux confère au matériau à la fois une excellente résistance et une grande ductilité.
À noter que les zones de grains fins intercouches formées durant l'impression n'ont pas affaibli les performances, mais les ont en réalité améliorées. Les résultats des tests démontrent que cette structure cristalline optimisée proche d'équiaxe présente des propriétés mécaniques exceptionnelles sur une large plage de températures, allant de la température ambiante à des températures élevées. Cette découverte apporte de nouvelles perspectives de procédés pour une fabrication additive performante de composants critiques dans l'aéronautique et d'autres domaines, démontrant ainsi des perspectives d'application larges.
Lien vers l'article :
[1] https://doi.org/10.1080/21663831.2025.2476174
Actualités à la Une2025-06-30
2025-07-04
2025-07-01
EN
