Sebagai teknologi manufaktur aditif yang sedang berkembang, DED (Direct Electric Discharge) telah menunjukkan keunggulan unik dalam pembuatan paduan Inconel 625 karena efisiensinya tinggi, biayanya rendah, dan kemampuan membentuk skala besar. Namun, proses DED konvensional sering menghasilkan struktur kristal kolom dengan orientasi <001> yang jelas, sehingga sulit untuk mencapai kekuatan dan ductility yang ideal dalam material tersebut.
I. Latar Belakang dan Signifikansi Penelitian
Studi terkini menunjukkan bahwa peningkatan kepadatan energi garis (LED) secara efektif dapat meningkatkan kinerja paduan Inconel 625 dengan mengubah butiran memanjang menjadi butiran hampir equiaxed; namun, mekanisme spesifik peran pergantian jalur cetak masih belum jelas. Selain itu, karakteristik unik antarmuka lapisan dalam manufaktur aditif sangat mempengaruhi sifat mekanik material, terutama pada suhu tinggi, di mana hal ini dapat menyebabkan konsentrasi regangan pada antarmuka dan kegagalan dini. menyelidiki mekanisme pengaruh antarmuka lapisan pada berbagai suhu memiliki nilai besar untuk mengoptimalkan proses dan meningkatkan kinerja material .
Berdasarkan latar belakang penelitian yang disebutkan di atas, Enigma berkolaborasi dengan tim dari Teknologi dan NOVA University Lisbon di Portugal untuk menerbitkan temuan penelitian terbaru mereka di jurnal Materials Research Letters dengan judul “ Sifat mekanik ditingkatkan dan mekanisme deformasi s dalam DED Inconel 625 melalui pengalihan jalur pencetakan , secara sistematis mengeksplorasi pengaruh desain jalur cetak terhadap mikrostruktur dan sifat mekanik material.
Sumber [1]
II. Metode Eksperimental
Penelitian ini menggunakan teknologi DED Cold Metal Transfer (CMT) untuk memproduksi sampel paduan Inconel 625 dalam atmosfer pelindung campuran gas 70% Ar + 30% He. Untuk memastikan keandalan hasil eksperimen, tim peneliti mengoptimalkan parameter proses utama: arus 116 A, kecepatan pengumpanan kawat 4,6 m/menit, dan densitas energi garis 140 J/mm. Strategi jalur rotasi 90° antar lapisan diterapkan untuk mempersiapkan spesimen silinder dengan diameter 50 mm dan panjang 100 mm.
Sumber [1]
Untuk mengkarakterisasi sifat material secara menyeluruh, metode analisis multi-skala diterapkan : evolusi mikrostruktur dianalisis menggunakan sistem XRD, OM, SEM-EBSD, dan TEM; sifat mekanik dievaluasi menggunakan pengujian mikrokekerasan dan eksperimen tarik pada suhu kamar dan suhu tinggi (400-850°C).
III. Hasil dan Pembahasan
3.1 Karakteristik mikrostruktur
Analisis mikrostruktur mengungkapkan pengaruh signifikan dari desain jalur pencetakan. Dibandingkan dengan sampel jalur tradisional 0°, sampel yang dibuat menggunakan pergantian jalur 90° menunjukkan karakteristik kristal hampir isotropik: panjang rata-rata butir sebesar 527 ± 5 μm, lebar 172 ± 7 μm (rasio aspek 3,06), serta wilayah butir halus (37 ± 2 μm) terbentuk di antarmuka lapisan. Analisis XRD mengonfirmasi bahwa sampel menunjukkan struktur kubus berpusat muka tunggal.
Sumber [1]
Penelitian telah mengonfirmasi bahwa tinggi LED dikombinasikan dengan perpindahan jalur dapat secara efektif menurunkan gradien suhu pada kolam lelehan, menekan pertumbuhan epitaksial kristal berbentuk kolom, serta mendorong terbentuknya kristal equiaxed dengan meningkatkan kedalaman peleburan kembali dan menyediakan situs inti baru, sehingga mengoptimalkan mikrostruktur material . Kombinasi proses ini memberikan metode yang efektif untuk mewujudkan transformasi dari kristal kolom ke kristal equiaxed.
3.2 Sifat mekanik pada suhu kamar
Pengujian sifat mekanik pada suhu kamar menunjukkan bahwa Sampel Inconel 625 yang dibuat menggunakan jalur pencetakan 90° menunjukkan paduan kekuatan dan ductility yang sangat baik, dengan kekuatan leleh 401 ± 12 MPa, kekuatan tarik 724 ± 5 MPa, dan elongasi sebesar 57 ± 5% materi tersebut menunjukkan perilaku pengerasan regangan tiga tahap khas, terutama menunjukkan kemampuan pengerasan regangan yang ditingkatkan dalam rentang regangan 8–25%, menghasilkan produk daktilitas-kekuatan tinggi sebesar 41,3 GPa*%, jauh melampaui paduan canai panas tradisional (32,1 GPa*%).
Sumber [1]
Analisis mikrostruktur mengungkapkan bahwa sampel hampir equiaxed menunjukkan ukuran butir yang lebih besar (232 ± 16 μm dibandingkan sampel canai panas < 130 μm), dan kinerja unggul mereka terutama berasal dari dua faktor: pertama, peran utama penguatan dislokasi, dan kedua, mekanisme deformasi yang unik. Analisis mikroskopis mengungkapkan bahwa selama deformasi, materi membentuk dinding dislokasi berdensitas tinggi dan struktur penguncian dislokasi. Fitur mikrostruktur ini secara efektif mencegah pergerakan dislokasi, sehingga meningkatkan kekuatan material yang lebih penting, tidak ada konsentrasi tegangan yang teramati pada antarmuka lapisan, dan patah selalu terjadi di dalam batas butir, yang menunjukkan bahwa antarmuka yang terbentuk oleh jalur pencetakan tidak mempengaruhi kinerja material . Pergerakan dislokasi yang unik ini, dikombinasikan dengan antarmuka yang utuh, secara bersama memberikan sifat komprehensif yang luar biasa pada material tersebut.
3.3 Sifat mekanik pada suhu tinggi
Pengujian sifat mekanik pada suhu tinggi telah mengungkapkan adaptabilitas suhu tinggi yang sangat baik dari paduan Inconel 625 near-isotropic. Penelitian menunjukkan bahwa dalam rentang suhu luas 400–850°C, sifat kekuatan material ini secara konsisten melampaui paduan cor konvensional. Terlihat bahwa elongasinya tetap pada tingkat yang lebih tinggi di bawah 700°C, dengan penurunan kecil terjadi setelah melebihi 700°C. Melalui analisis morfologi patahan, penelitian ini mengamati transisi perilaku patahan yang bergantung pada suhu: pada 600°C, patahan menunjukkan karakteristik patahan ductile intergranular khas, dengan permukaan patahan memperlihatkan lekukan-lekukan ductile dangkal yang terdistribusi secara merata; antara 750°C hingga 800°C, mode patahan berubah menjadi patahan intergranular yang menunjukkan karakteristik patahan getas yang jelas; ketika suhu mencapai 850°C, permukaan patahan memperlihatkan karakteristik patahan campuran yang mencakup lekukan-lekukan ductile serta bidang-bidang patahan getas.
Sumber [1]
IV. Kesimpulan
Penelitian ini mengungkapkan pengaruh kritis desain jalur cetak terhadap mikrostruktur dan sifat paduan Inconel 625. Dengan menerapkan strategi pencetakan dengan masukan energi tinggi dikombinasikan dengan rotasi lapisan ke lapisan sebesar 90°, struktur butir kolom tradisional berhasil diubah menjadi struktur butir hampir equiaxed yang seragam. Melalui teknik analisis mikrostruktur canggih, ditemukan bahwa struktur unik ini menunjukkan pola pergerakan dislokasi yang khas selama deformasi: tidak hanya terjadi slip planar, tetapi juga terbentuk dinding dislokasi berkepadatan tinggi serta struktur penguncian dislokasi khusus. Interaksi sinergis dari mekanisme mikrostruktur ini memberikan material ini kombinasi kekuatan dan ductility yang sangat baik.
Yang menarik, zona butir halus antar-lapisan yang terbentuk selama pencetakan tidak hanya tidak melemahkan performa, tetapi justru meningkatkannya. Hasil pengujian menunjukkan bahwa struktur kristal hampir equiaks yang dioptimalkan ini menunjukkan sifat mekanik yang luar biasa pada berbagai rentang suhu, dari suhu kamar hingga suhu tinggi. Penemuan ini memberikan wawasan baru dalam proses manufaktur aditif berkinerja tinggi untuk komponen kritis di bidang kedirgantaraan dan bidang lainnya, memperlihatkan prospek aplikasi yang luas.
Tautan makalah：
[1] https://doi.org/10.1080/21663831.2025.2476174
Berita Terkini2025-06-30
2025-07-04
2025-07-01
EN
