Come tecnologia emergente di produzione additiva, la DED (Direct Electric Discharge) ha dimostrato vantaggi unici nella produzione della lega Inconel 625 grazie alla sua elevata efficienza, basso costo e capacità di formatura su larga scala. Tuttavia, il processo DED tradizionale genera spesso una struttura cristallina colonnare con una distinta orientazione <001>, rendendo difficile ottenere sia un'ideale resistenza che duttilità del materiale.
I. Contesto e Rilevanza della Ricerca
Studi recenti hanno scoperto che aumentare la densità di energia lineare (LED) può migliorare efficacemente le prestazioni della lega Inconel 625 trasformando i grani colonnari in grani quasi equiaxiali; tuttavia, il meccanismo specifico del ruolo dello switching del percorso di stampa rimane poco chiaro. Inoltre, le uniche caratteristiche dell'interfaccia tra strati nei processi additivi influenzano significativamente le proprietà meccaniche del materiale, in particolare a temperature elevate, dove possono causare concentrazione di deformazione all'interfaccia e rottura precoce. Pertanto, indagare i meccanismi d'azione delle interfacce interstrato a diverse temperature è di grande valore per ottimizzare i processi e migliorare le prestazioni del materiale .
Sulla base del suddetto contesto di ricerca, Enigma ha collaborato con un team proveniente da Tecnologia e NOVA University Lisbon in Portogallo per pubblicare i loro più recenti risultati di ricerca su Materials Research Letters dal titolo “ Proprietà meccaniche migliorate e meccanismo di deformazione s in DED Inconel 625 tramite commutazione del percorso di stampa , esplorando sistematicamente l'influenza della progettazione del percorso di stampa sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche del materiale.
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II. Metodi sperimentali
Questo studio ha utilizzato la tecnologia DED Cold Metal Transfer (CMT) per fabbricare campioni di lega Inconel 625 in un'atmosfera protettiva composta da una miscela di gas al 70% Ar + 30% He. Per garantire l'affidabilità dei risultati sperimentali, il team di ricerca ha ottimizzato i parametri chiave del processo: corrente 116 A, velocità di alimentazione del filo 4,6 m/min e densità di energia lineare 140 J/mm. È stata adottata una strategia di percorso con rotazione di 90° tra strato e strato per preparare provini cilindrici con diametro di 50 mm e lunghezza di 100 mm.
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Per caratterizzare in modo completo le proprietà del materiale, è stato adottato un metodo di analisi multi-scala : l'evoluzione microstrutturale è stata analizzata utilizzando sistemi XRD, OM, SEM-EBSD e TEM; le proprietà meccaniche sono state valutate mediante test di microdurezza e prove di trazione a temperatura ambiente e ad alte temperature (400-850°C).
III. Risultati e Discussione
3.1 Caratteristiche microstrutturali
L'analisi microstrutturale ha rivelato l'importante influenza della progettazione del percorso di stampa. Rispetto ai campioni tradizionali con percorso 0°, i campioni preparati utilizzando il cambio di percorso a 90° hanno mostrato caratteristiche cristalline quasi isotropiche: la lunghezza media dei grani era di 527 ± 5 μm, la larghezza era di 172 ± 7 μm (rapporto di forma 3,06), e regioni a grana fine (37 ± 2 μm) si sono formate alle interfacce tra gli strati. L'analisi XRD ha confermato che i campioni presentano una struttura cubica a facce centrate monofasica.
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La ricerca ha confermato che lED elevata combinata con il passaggio del percorso può ridurre efficacemente il gradiente di temperatura della piscina fusa, sopprimere la crescita epitassiale dei cristalli colonnari e favorire la formazione di cristalli equiaxi aumentando la profondità di ri-fusione e fornendo nuovi siti di nucleazione, ottimizzando così la microstruttura del materiale . Questa combinazione di processi fornisce un mezzo efficace per realizzare la trasformazione da cristalli colonnari a cristalli equiaxi.
3.2 Proprietà meccaniche a temperatura ambiente
I test sulle proprietà meccaniche a temperatura ambiente indicano che I campioni Inconel 625 preparati utilizzando un percorso di stampa a 90° esibiscono un'elevata resistenza abbinata a duttilità, con un carico di snervamento di 401 ± 12 MPa, una resistenza a trazione di 724 ± 5 MPa e un allungamento del 57 ± 5% .Il materiale mostra un comportamento di incrudimento tipico a tre stadi, in particolare dimostrando una capacità di incrudimento migliorata nell'intervallo di deformazione dell'8–25%, risultando in un elevato prodotto di duttilità-resistenza pari a 41,3 GPa*%, superando significativamente le leghe tradizionali a laminazione a caldo (32,1 GPa*%).
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L'analisi microstrutturale rivela che i campioni quasi equiaxiali presentano dimensioni dei grani più grandi (232 ± 16 μm rispetto ai campioni laminati a caldo < 130 μm), e la loro superiore prestazione deriva principalmente da due fattori: primo, il ruolo fondamentale del rinforzo da dislocazioni, e secondo, un meccanismo di deformazione unico. L'analisi microscopica ha rivelato che durante la deformazione, il materiale forma pareti di dislocazione ad alta densità e strutture a blocco di dislocazione. Queste caratteristiche microstrutturali impediscono efficacemente il movimento delle dislocazioni, aumentando così la resistenza del materiale . Ancor più importante, non è stata osservata alcuna concentrazione di tensione alle interfacce tra gli strati, e la frattura si è verificata sempre all'interno dei limiti dei grani, confermando che le interfacce formate dal percorso di stampa non influenzano le proprietà del materiale . È questo movimento unico delle dislocazioni combinato con interfacce intatte che insieme conferiscono al materiale eccezionali proprietà complessive.
3.3 Proprietà meccaniche ad alta temperatura
I test sulle proprietà meccaniche ad alta temperatura hanno rivelato l'eccellente adattabilità a temperature elevate della lega isotropa di Inconel 625. Le ricerche mostrano che all'interno dell'ampio intervallo di temperatura compreso tra 400 e 850 °C, le proprietà di resistenza di questo materiale superano costantemente quelle delle leghe tradizionali ottenute per fusione. Da notare che l'allungamento rimane a un livello più elevato al di sotto dei 700°C, con una leggera riduzione osservata solo dopo aver superato i 700°C. Attraverso l'analisi della morfologia della frattura, lo studio ha osservato transizioni nel comportamento a frattura dipendenti dalla temperatura: a 600°C, la frattura presentava caratteristiche tipiche di una frattura duttile intergranulare, con superficie fratturata che mostrava fossette duttili poco profonde uniformemente distribuite; tra 750°C e 800°C, la modalità di frattura si trasforma in frattura intergranulare, mostrando chiare caratteristiche di frattura fragile; quando la temperatura raggiunge gli 850°C, la superficie fratturata presenta una caratteristica mista, con fossette duttili e piani di frattura fragile.
Fonte [1]
IV. conclusione
Questo studio rivela l'influenza critica della progettazione del percorso di stampa sulla microstruttura e sulle proprietà dell'lega Inconel 625. Impiegando una strategia di stampa ad alto apporto energetico combinata con una rotazione strato-su-strato di 90°, è stata trasformata con successo la tradizionale struttura a grani colonnari in una struttura uniforme quasi equiax. Attraverso avanzate tecniche di analisi microstrutturale, si è scoperto che questa struttura unica presenta schemi distintivi di movimento delle dislocazioni durante la deformazione: non avviene soltanto scorrimento planare, ma si formano anche pareti di dislocazioni ad alta densità e particolari strutture a blocco di dislocazione. L'interazione sinergica di questi meccanismi microstrutturali conferisce al materiale sia eccellente resistenza che duttilità.
Da notare che le zone a grana fine interstrato formatesi durante la stampa non hanno indebolito le prestazioni, bensì le hanno addirittura migliorate. I risultati dei test dimostrano che questa struttura cristallina ottimizzata e quasi equiaxiale presenta ottime proprietà meccaniche su un ampio intervallo di temperature, che va dalla temperatura ambiente a temperature elevate. Questa scoperta fornisce nuove indicazioni sui processi per la produzione additiva ad alte prestazioni di componenti critici nel settore aerospaziale e in altri ambiti, mostrando prospettive applicative molto ampie.
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[1] https://doi.org/21663831.2025.2476174
Notizie di rilievo2025-06-30
2025-07-04
2025-07-01
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