Szenzációs hír! A Enigma és a NOVA Egyetemi Közös eredménye: az optimális útvonalválasztás javítja a szobahőmérsékleten és magas hőmérsékleten alkalmazott ívadditív gyártású Inconel 625 teljesítményét.

Mint újonnan megjelent hozzáadó gyártási technológia, a DED (Direct Electric Discharge) egyedi előnyöket mutatott az Inconel 625 ötvözet gyártásában a magas hatékonyság, az alacsony költség és a nagy méretarányú formázási képesség miatt. Ugyanakkor a hagyományos DED folyamat gyakran olyan oszlopos kristályszerkezetet eredményez, amelynek kifejezett <001> orientációja van, így nehézséget jelent az anyag ideális szilárdságának és szakadószázalékának egyidejű elérése.

I. Kutatási háttér és jelentőség

A legfrissebb tanulmányok azt találták, hogy a vonalenergia-sűrűség (LED) növelése hatékonyan javíthatja az Inconel 625 ötvözet teljesítményét, amennyiben a kolumnáris szemcséket közel egyenlő oldalú szemcsékké alakítja át; ugyanakkor a nyomtatási útvonalváltás szerepének konkrét mechanizmusa továbbra sem tisztázott. Emellett az additív gyártás egyedi rétegközi felületi jellemzői jelentősen befolyásolják az anyag mechanikai tulajdonságait, különösen magas hőmérsékleten, ahol ezek rétegközi feszültségkoncentrációhoz és idő előtti meghibásodáshoz vezethetnek. Ezért nagyon értékes a rétegközi felületek különböző hőmérsékleteken tapasztalható hatásmechanizmusainak vizsgálata a folyamatok optimalizálása és az anyagteljesítmény javítása érdekében .

Az említett kutatási háttér alapján Az Enigma együttműködött egy csapattal a Technológiai és NOVA Egyetemi Központból portugáliában, hogy legújabb kutatási eredményeiket publikálják a Materials Research Letters című folyóiratban, címe pedig „ Javult mechanikai tulajdonságok és deformációs mechanizmus s a DED Inconel 625-ből nyomtatási útvonalváltással , amely rendszeresen vizsgálja a nyomtatási útvonal kialakításának hatását az anyag mikroszerkezetére és mechanikai tulajdonságaira.

Forrás [1]

II. Kísérleti módszerek

Ez a tanulmány Cold Metal Transfer (CMT) DED technológiát alkalmazott Inconel 625 ötvözet minták előállításához 70% Ar + 30% He kevert gázzal biztosított védőatmoszférában. Az eredmények megbízhatóságának biztosítása érdekében a kutatócsoport optimalizálta a fő folyamatparamétereket: áram 116 A, huzalbetáplálási sebesség 4,6 m/perc, és vonalenergia-sűrűség 140 J/mm. Egy rétegről rétegre történő 90°-os elforgatási útvonal-stratégia alkalmazásával készültek 50 mm átmérőjű és 100 mm hosszúságú hengeralakú próbatestek.

Forrás [1]

Az anyagtulajdonságok komplex jellemzése érdekében több skálás analitikai módszert alkalmaztak : a mikroszerkezeti fejlődést XRD, OM, SEM-EBSD és TEM rendszerekkel elemezték; a mechanikai tulajdonságokat mikroszkópos keménységvizsgálattal és szakítóvizsgálatokkal értékelték szobahőmérsékleten és magas hőmérsékleteken (400-850°C).

III. Eredmények és megbeszélés

3.1 Mikroszerkezeti jellemzők

A mikroszerkezeti elemzés azt mutatta, hogy a nyomtatási útvonal tervezése jelentős hatással volt. A hagyományos 0° útvonalú mintákhoz képest a 90°-os útvonalváltást használó minták egyedi kvázi-izotrop kristályjellemzőket mutattak: az átlagos szemcseméret 527 ± 5 μm volt, szélessége 172 ± 7 μm (arányviszony 3,06), és finomszemcsés rétegek (37 ± 2 μm) alakultak ki a réteghatárokon. Az XRD elemzés megerősítette, hogy a minták egyetlen fázisú, lapközepes kockás szerkezettel rendelkeznek.

Forrás [1]

A kutatás megerősítette, hogy a magas LED érték, pályaváltással kombinálva, hatékonyan csökkenti az olvadékkúp hőmérsékleti gradiensét, gátolja a nyalábos kristály epitaxiális növekedését, és elősegíti az egyenletes kristályképződést a megolvasztási mélység növelésével és új nukleációs helyek biztosításával, ezzel optimalizálva az anyag mikroszerkezetét ez a folyamatkombináció hatékony eszközt nyújt a nyalábos kristályokról az egyenletes kristályokra való átalakulás eléréséhez.

3.2 Mechanikai tulajdonságok szobahőmérsékleten

Szobahőmérsékleten végzett mechanikai tulajdonságvizsgálatok azt mutatják, hogy A 90°-os nyomtatási pálya használatával készített Inconel 625 minták kiváló szilárdság-nyúlás összhangot mutatnak, 401 ± 12 MPa folyáshatárral, 724 ± 5 MPa szakítószilárdsággal és 57 ± 5% nyúlással .Az anyag tipikus háromszakaszos keményedési viselkedést mutat, különösen a 8–25% alakváltozási tartományban tapasztalható fokozott keményedési képesség mellett, amely 41,3 GPa*%-os nagy plaszticitás-szilárdság szorzatot eredményez, jelentősen felülmúlva a hagyományos melegen hengerelt ötvözeteket (32,1 GPa*%).

Forrás [1]

Mikroszerkezeti elemzés azt mutatta, hogy a majdnem egyenletesen szemcsés minták nagyobb szemcsemérettel rendelkeznek (232 ± 16 μm vs. melegen hengerelt minták < 130 μm), és kiváló teljesítményük elsősorban két tényezőből fakad: először is, a diszlokációs megerősítés kulcsfontosságú szerepe, másodszor pedig egy egyedi deformációs mechanizmus. Mikroszkopikus elemzés kimutatta, hogy a deformáció során az anyag magas sűrűségű diszlokációs fallal és diszlokációs zárolási szerkezetekkel rendelkezik. Ezek a mikroszerkezeti jellemzők hatékonyan akadályozzák meg a diszlokációk mozgását, ezzel növelve az anyag szilárdságát . Még fontosabb, hogy az interréteg felszíneken nem figyeltek meg feszültségkoncentrációt, és a törés mindig a szemcséken belül következett be, ezzel megerősítve, hogy a nyomtatási pálya által kialakított határfelületek nem befolyásolják az anyag teljesítményét . Éppen ez a különleges diszlokáció-mozgás és az érintetlen határfelületek együttesen adják át az anyagnak kiváló komplex tulajdonságait.

3.3 Magas hőmérsékleti mechanikai tulajdonságok

A magas hőmérsékleti mechanikai vizsgálatok kimutatták a majdnem izotrop Inconel 625 ötvözet kiváló magas hőmérsékleti alkalmazhatóságát. A kutatások azt mutatják, hogy a 400–850 °C közötti széles hőmérséklettartományban ennek az anyagnak a szilárdsági tulajdonságai folyamatosan felülmúlják a hagyományos öntvények tulajdonságait. Megemlítendő, hogy a megnyúlás 700°C alatt magas szinten marad, és csak enyhe csökkenés figyelhető meg a 700°C elhaladása után. A törésmorfológiai elemzés során a tanulmány megfigyelte a hőmérséklettől függő törési viselkedés átmenetét: 600°C-on a törés tipikus intergranuláris duktilis törési jellemzőket mutatott, a törésfelületen egyenletesen elosztott sekély duktilis gödröcskékkel; 750°C és 800°C között a törési mód intergranuláris törésre változik, amely kifejezett ridegtörési jellemzőket mutat; amikor a hőmérséklet eléri a 850°C-ot, a törésfelület vegyes törési jellemzőket mutat, duktilis gödröcskék és ridegtörési síkok egyaránt jelen vannak.

Forrás [1]

IV. Záró

Ez a tanulmány feltárta a nyomtatási útvonal tervezés kritikus hatását az Inconel 625 ötvözet mikroszerkezetére és tulajdonságaira. Egy nagy energiabemenetű nyomtatási stratégia alkalmazásával, kombinálva egy 90°-os rétegközi forgatással, sikerült a hagyományos oszloposan kristályos szerkezetet sikeresen átalakítani egy egységes, közelítőleg egyenlő oldalú szemcsészerkezetté. A fejlett mikroszerkezeti analízis módszerek segítségével megállapították, hogy ez az egyedi szerkezet jellegzetes diszlokációs mozgási mintázattal rendelkezik deformáció során: nemcsak síkbeli csúszás jön létre, hanem nagy sűrűségű diszlokációs fallal és speciális diszlokációs zárolási struktúrákkal is jár. Ezeknek a mikroszerkezeti mechanizmusoknak az együttes kölcsönhatása kiváló szilárdság és duktilitás kombinációjával ruházza fel az anyagot.

Megemlítendő, hogy a nyomtatás során kialakuló rétegek közötti finomszemcsés zónák nem gyengítették, hanem valójában fokozták a teljesítményt. A vizsgálati eredmények azt mutatják, hogy ez az optimalizált majdnem egyenletes kristályszerkezet kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik széles hőmérséklettartományban, a szobahőmérséklettől a magas hőmérsékletekig. Ez a felfedezés új folyamatismereteket nyújt a repülőgépipar és más területek kritikus alkatrészeinek nagy teljesítményű additív gyártásához, és széleskörű alkalmazási lehetőségeket mutat be.

Cikk link:

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