Kao nova tehnologija aditivne proizvodnje, DED (Direktni električni pražnjenje) pokazala je jedinstvene prednosti u proizvodnji legure Inconel 625 zbog svoje visoke učinkovitosti, niske cijene i sposobnosti stvaranja velikih formi. Međutim, tradicionalni DED proces često rezultira stupnjevatom kristalnom strukturom s izraženom <001> orijentacijom, što čini teškim postizanje idealne čvrstoće i duktilnosti materijala.
I. Istraživačka pozadina i značaj
Nedavne studije su utvrdile da povećanje gustoće energije linije (LED) može učinkovito poboljšati svojstva Inconel 625 legure pretvaranjem stuplastih zrna u gotovo izoaksijalna zrna; međutim, specifični mehanizam koji igra ulogu promjene staze ispisivanja i dalje nije jasan. Osim toga, jedinstvene karakteristike međuslojnih sučelja aditivne proizvodnje znatno utječu na mehanička svojstva materijala, pogotovo pri visokim temperaturama, gdje mogu dovesti do koncentracije deformacija na sučelju i ranih otkaza. Stoga, istraživanje utjecajnih mehanizama međuslojnih sučelja pri različitim temperaturama ima veliku vrijednost za optimizaciju procesa i poboljšavanje svojstava materijala .
Temeljem navedenog istraživačkog konteksta, Enigma je surađivala s timom iz područja tehnologije i NOVA Sveučilišta u Lizboni u Portugalu te objavila njihove najnovije rezultate istraživanja u časopisu Materials Research Letters naslovljenog “ Poboljšana mehanička svojstva i mehanizam deformacije s u DED Inconel 625 putem promjene staze ispisivanja , sustavno istražujući utjecaj dizajna staze ispisivanja na mikrostrukturu i mehanička svojstva materijala.
Izvor [1]
II. Eksperimentalne metode
U ovoj studiji korištena je tehnologija CMT DED za izradu uzoraka legure Inconel 625 pod zaštitnom atmosferom smjese plinova od 70% Ar + 30% He. Kako bi se osigurala pouzdanost eksperimentalnih rezultata, istraživački tim je optimizirao ključne procesne parametre: struja 116 A, brzina hranjenja žice 4,6 m/min i linijska energijska gustoća 140 J/mm. Strategija staze s rotacijom od 90° između slojeva korištena je za izradu cilindričnih uzoraka promjera 50 mm i duljine 100 mm.
Izvor [1]
Za sveobuhvatnu karakterizaciju svojstava materijala primijenjena je analiza višestrukih skala : mikrostrukturna evolucija analizirana je pomoću XRD, OM, SEM-EBSD i TEM sustava; mehanička svojstva procijenjena su pomoću ispitivanja mikrotvrdće i vlačnih pokusa pri sobnoj temperaturi i visokim temperaturama (400–850 °C).
III. Rezultati i rasprava
3.1 Mikrostrukturna svojstva
Analiza mikrostrukture otkrila je značajan utjecaj dizajna staza tiskanja. U usporedbi s uzorcima tradicionalne staze 0°, uzorci izrađeni korištenjem stave 90° pokazali su jedinstvena blizu-izotropska kristalna svojstva: prosječna duljina zrna bila je 527 ± 5 μm, širina 172 ± 7 μm (omjer duljine i širine 3,06), a sitnozrnate regije (37 ± 2 μm) formirale su se na međuslojevnim površinama. XRD analiza potvrdila je da uzorci imaju jednostruku kockastu strukturu s plošno centriranim atomima.
Izvor [1]
Istraživanja su potvrdila da visoki LED uzrokuje smanjenje temperature gradijenta taline, potiskuje epitaksijalni rast stupačastih kristala i potiče formiranje izoksnih kristala povećanjem dubine pretopljavanja i omogućavanjem novih mjesta nukleacije, čime se optimizira mikrostruktura materijala ova kombinacija procesa pruža učinkovit način postizanja tranzicije sa stupačastih na izoksne kristale.
3.2 Mehanička svojstva kod sobne temperature
Ispitivanja mehaničkih svojstava kod sobne temperature pokazuju da Uzorci od Inconel 625 izrađeni uz pomoć 90° štampanja puta pokazuju izvrstan odnos čvrstoće i duktilnosti, s granicom tečenja od 401 ± 12 MPa, vlačnom čvrstoćom od 724 ± 5 MPa i istezanjem od 57 ± 5% materijal pokazuje tipično ponašanje trostupanjskog očvršćivanja deformacijom, posebno pokazuje poboljšanu sposobnost očvršćivanja u rasponu deformacije od 8–25%, što rezultira visokim produktom duktilnosti i čvrstoće od 41,3 GPa*%, znatno bolje u odnosu na tradicionalne valjane legure (32,1 GPa*%).
Izvor [1]
Analiza mikrostrukture pokazuje da su uzorci blizu jednakih zrna pokazali veću veličinu zrna (232 ± 16 μm u usporedbi s valjanima < 130 μm), a njihova superiorna svojstva proizlaze prvenstveno iz dva faktora: prvo, ključna uloga ojačanja dislokacijama, te drugo, jedinstveni mehanizam deformacije. Mikroskopska analiza je otkrila da se tijekom deformacije materijal formira u zidove gusto raspoređenih dislokacija i strukture zaključanih dislokacija. Ove mikrostrukturalne značajke učinkovito sprječavaju kretanje dislokacija, time poboljšavajući čvrstoću materijala važnije je da nije primijećeno koncentracije napetosti na međuslojnim granicama i lom se uvijek dogodio unutar granica zrna, što potvrđuje da su sučelja formirana putem pisaćeg puta ne utječu na performanse materijala . Upravo je ovaj jedinstveni gibanje dislokacija u kombinaciji s neoštećenim sučeljima ono što zajedno pruža materijalu izvanredna kompleksna svojstva.
3.3 Mehanička svojstva pri visokoj temperaturi
Ispitivanje mehaničkih svojstava pri visokoj temperaturi otkrilo je izvrsnu prilagodljivost pri visokoj temperaturi skoro-izotropskog legure Inconel 625. Istraživanja pokazuju da unutar širokog raspona temperatura od 400–850°C čvrstoća ovog materijala dosljedno nadmašuju one kod konvencionalnih lijevanih legura. Napomenuti da njegova elongacija ostaje na višem nivou ispod 700°C, dok se tek nakon prelaska 700°C primjećuje blagi pad. Kroz analizu morfologije loma, istraživanje je uočilo izrazite prijelaze u temperaturno ovisnom ponašanju loma: na 600°C, lom je pokazivao tipične karakteristike interkristalnog duktilnog loma, dok je površina loma imala ravnomjerno raspoređene plitke duktilne dimple; između 750°C i 800°C, način loma prelazi u interkristalni lom, pokazujući izražene karakteristike krhkog loma; kada temperatura dostigne 850°C, površina loma pokazuje mješovitu karakteristiku loma s obzirom da sadrži i duktilne dimple i ravnine krhkog loma.
Izvor [1]
IV. Zaključak
Ova studija pokazuje ključni utjecaj dizajna putanje ispisivanja na mikrostrukturu i svojstva legure Inconel 625. Primjenom strategije ispisivanja s visokim ulaznim energijama u kombinaciji s rotacijom slojeva od 90°, uspjela je transformacija tradicionalne stupnaste zrnate strukture u jednoliku približno izoaksijalnu zrnatu strukturu. Kroz napredne tehnike analize mikrostrukture utvrđeno je da ovakva struktura tijekom deformacije pokazuje specifične obrasce kretanja dislokacija: ne događa se samo planarna kliznost, već se formiraju i zidovi gusto raspoređenih dislokacija te posebne strukture zaključavanja dislokacija. Sinergetsko djelovanje ovih mikrostrukturnih mehanizama materijalu daje i izuzetnu čvrstoću i duktilnost.
Napomenuti je da su zone sitnih zrna između slojeva koje su se formirale tijekom ispisivanja ne samo da nisu oslabile performanse, već su ih zapravo poboljšale. Rezultati testova pokazuju da ovaj optimizirana struktura blizu ekvipartičnih kristala pokazuje izvrstna mehanička svojstva u širokom temperaturnom rasponu, od sobne temperature do visokih temperatura. Ovo otkriće pruža nova saznanja o procesima za visokoperformantnu aditivnu proizvodnju kritičnih komponenti u zrakoplovstvu i drugim područjima, prikazujući široke primjenske mogućnosti.
Poveznica na članak:
[1] https://doi.org/10.1080/21663831.2025.2476174
Vruće vijesti2025-06-30
2025-07-04
2025-07-01
EN
