Үлкен жаңалық! Enigma, Нанкин Ұлттық Ғылыми-Техникалық Университеті мен Лиссабон Университетінің бірлескен жетістігі: Биомиметикалық тісті құрылымдар CMT-WAAM Inconel 625 қорытындысының синергетикалық беріктігі мен эластиктігін арттырады.

Дәстүрлі түрде CMT-WAAM әдісімен дайындалған Inconel 625 әдетте біртекті емес микрқұрылым, жергілікті деформациялық керілу концентрациясы және жоғары беріктік пен жақсы пластикалық қасиетті бір уақытта қамтамасыз ету қиындығы сияқты қиындықтарға ұшырайды. Бұл қиындықты шешу үшін Нанкин ғылыми-техникалық университетінің зерттеушілер тобы биомиметикалық тісті құрылымды жобалау стратегиясын ұсынды. Геометриялық құрылым мен микрқұрылымдық сипаттамаларды өзара ықпалдастырып бақылау арқылы бұл тәсіл материалдың деформацияны біртекті түрде өзгертуге қабілеттілігін арттырады.

Жоғарыда айтылған зерттеу негізінде Нанкин ғылыми-техникалық университетінің ынтымақтастық тобы, сонымен қатар Лиссабон университеті (Португалия) және Enigma компаниясымен бірлесіп, «Биомиметикалық жағынан иллюстрацияланған толқынды гетероқұрылым арқылы CMT-WAAM әдісімен дайындалған Inconel 625 құрылысында беріктік пен пластикалық қасиеттің синергиясын арттыру» деген тақырыптағы ең соңғы зерттеу мақаласын халықаралық «Materials Science & Engineering A» журналында жариялады. https://doi.org/10.1016/j.msea.2026.150464бұл жұмыста Нанкин ғылыми-техникалық университетінің Материалдар ғылымы мен инженериясы мектебінен дәрігер Шэнь Цзяцзя және магистрант Хань Яньцзюнь бірінші авторлар болып табылады; Ван Кэхун, Чжан Юн (сол мектептен) профессорлары мен Лиссабон университетінің Жоао Педру Оливейра профессоры сәйкес авторлар болып табылады. Бұл зерттеу биологиялық негізделген жалаңғыз гетероқұрылымның CMT-WAAM Inconel 625 қорытындысының беріктік-пластикалықтың синергиясын арттыру механизмін жүйелі түрде түсіндіреді.

1. Зерттеудің ғылыми негізі мен маңызы

CMT-WAAM технологиясы суық металл көшірілу процестерінің төмен жылу кірісін WAAM-ның жоғары шөгу әсерімен ұштастырады, ол ірі масштабды металдық бөлшектерді жылдам жасауға қолайлы. Инконель 625 сияқты никель негізіндегі қорытындылар үшін бұл технология өндіріс тиімділігін арттыру мен өндіріс шығындарын азайту бойынша маңызды артықшылықтарға ие.

Дегенмен, нақты өндіріс кезінде шөгу процесі кезіндегі бірнеше жылулық циклдар, аралық қабаттың қайта ерітілуі және траекторияны жоспарлау барлығы бірлесіп, кристаллдық құрылымның пішінін, кристаллографиялық бағытын және жергілікті керілу/деформациялық үлестіруін әсер етеді. Дәстүрлі технологиялық параметрлерді оптимизациялауға тек қана сүйену көбінесе жоғары беріктік пен жоғары эластиктікті бір уақытта қамтамасыз етуге қиындық туғызады. Сондықтан, WAAM әдісімен дайындалған қорытпалардың жалпы өнімділігін арттыру үшін микроСтруктуралық дизайн арқылы материалдың деформациялану әрекетін белсенді реттеу мен бақылау маңызды тәсілге айналды.

Табиғаттағы иерархиялық құрылымдар — мысалы, теңіз қабыршақтары, сүйектер және тісті аралық беттер — көбінесе «геометриялық құлыпталу, деформацияның бөлінуі және трещиналардың бағыттың өзгеруі» сияқты механизмдер арқылы жоғары зақымға төзімділікке қол жеткізеді. Бұл биомиметикалық дизайн философиясынан үлгі ала отырып, бұл зерттеу CMT-WAAM әдісімен Inconel 625 қорытпасында «желімді» құрылым құрады, ол қосымша өндірілген қорытпалардың беріктігі мен пластикалығын бір уақытта арттыру үшін жаңа микроСТРУКТУРАЛЫҚ дизайн тәсілін ұсынады.

1-сурет: Биомиметикалық желімді құрылым дизайн концепциясының схемасы

2. Эксперименттік ерекшеліктер

Бұл зерттеуде Inconel 625 қорытпасының үлгілері CMT-WAAM процесі арқылы шашыратылды, ал құралдың траекториясын жоспарлау арқылы кеңістіктегі толқынды тісті құрылым құрылды. Бұл стратегия аралық қабаттар арасындағы жалғыз тегіс байланыс бетін жояды, орнына макроскопиялық геометриялық және микроскопиялық құрылымдық деңгейлерде бақыланатын құрылымдық бірліктерді қалыптастырады.

Inconel625 қорытындысының микрқұрылымы мен сипаттамаларына құрылымдық дизайнның әсерін толық ашып көрсету үшін бұл зерттеуде көп деңгейлі сипаттау әдісі қолданылады: микрқұрылымның дамуы оптикалық микроскопия, сканирлеуші электронды микроскопия және электрондық шашырау арқылы кері дифракция әдістері арқылы талданады; механикалық қасиеттері созылу сынағы мен сынған беттің морфологиялық талдауы арқылы бағаланады; сонымен қатар, жергілікті ориентациялық айырымдарды, дислокациялық құрылымдарды және деформация сипаттамаларын интеграциялау арқылы материалдағы беріктік пен пластикалықтың синергетикалық күшейуінің механизмі одан әрі ашылады.

2-сурет: Шашырату стратегиясы

3. Нәтижелер және талқылау

3.1 Биологиялық негізделген жаңғақты құрылымның құрылуы

Дәстүрлі түзусызықты немесе біркелей қабатталған құрылымдармен салыстырғанда, жаңғақ тәрізді құрылым геометриялық тұрғыдан периодты бұрыштар мен шекаралық толқындарды енгізеді, ол материал ішінде әртүрлі жергілікті деформациялық жауаптары бар аймақтарды құрады. Созылу жүктемесі әсерінен бұл әртүрлі аймақтар арасында өзара шектеу және ынтымақтастық деформациясы пайда болады, сондықтан жергілікті деформациялық концентрациялары таратылады.

Бұл құрылымдық дизайндың негізгі ерекшелігі тек депозициялық траекторияны өзгерту емес, сонымен қатар траекториямен индуцирленген микрқұрылымдық өзгерістер мен геометриялық толқындар арқылы деформация режимін бірлесіп реттеу болып табылады. Осылайша материал жалпы күштерді ұстау қабілетін сақтай отырып, тұрақтырақ жұмыс қатайтуын қамтамасыз ете алады.

3.2 Микрқұрылымдық сипаттамалар

Микроструктуралық талдау CMT-WAAM процесі кезінде жылу кірісі, қабатараралық қайта балқу және траекториялық ауытқулардың бірлескен әсерінің дән пішіні мен жергілікті микроструктуралық таралуға әсер ететінін көрсетеді. Желілі-желілі құрылымды аймақтардағы микроструктуралық айырымдар деформацияға негіз болып табылады және деформация процесі кезінде кеңірек деформация бөлінуі мен дислокациялардың жиналуы сияқты құбылыстарды қамтамасыз етеді.

Желілі-желілі құрылымның әлсіз интерфейстерді енгізуін білдірмейтінін ескерген жөн. Дұрыс жобаланған желілі-желілі интерфейс геометриялық құлақтану мен микроструктуралық үздіксіздік арқылы жүктемені беру қабілетін арттырады, сондықтан интерфейсте ерте қирау қаупін азайтады.

3-сурет: Биологиялық үлгіден алынған желілі-желілі құрылымдағы микроструктуралық сипаттамалардың схемасы

3.3 Қалыпты температурадағы механикалық қасиеттер

Механикалық қасиеттерді сынақтан өткізу биологиялық негізделген жағынан жұмыс істейтін жылтыр құрылымның CMT-WAAM Inconel 625 материалының беріктік-пластикалықтың үйлесімділігін тиімді жақсартатынын көрсетеді. Дәстүрлі біртекті құрылыммен салыстырғанда, жылтыр құрылым жергілікті деформация координациясын және жұмыс қатайту қабілетін арттыру арқылы пластикалық белгісіздікті кешіктіреді, сондықтан жалпы механикалық қасиеттердің жоғары деңгейіне қол жеткізеді.

Беріктік пен пластикалықтың үйлесімді жақсартылуы осы зерттеудің негізгі ерекшелігі болып табылады. Созылу кезіндегі деформация кезінде жылтыр құрылым деформациялық жолды өзгерте алады, соның нәтижесінде материалдың әртүрлі аймақтары пластикалық деформацияға бірлесіп қатысады, сондықтан жергілікті аймақтарда алдын ала зақымдану орталығының пайда болуын болдырмауға болады.

Сурет 4: CMT-WAAM Inconel 625 материалындағы беріктік пен пластикалықтың үйлесімді жақсартылуы

3.4 Деформация механизмі

Механизмдік талдау көрсеткендей, жылтыр құрылым орындық деформацияның күрделірек локальдық таралуын туғызады және жылтыр құрылым ішіндегі жұмсақ пен қатты аймақтар арасындағы ынтымақтастықтың деформациялануын ынталандырады. Деформация кезінде геометриялық толқынды аймақтар мен оған іргелес микроқұрылымдық аймақтар арасында өзара шектеулер пайда болады, сондықтан дислокациялардың жиналуы, кері-кернеу арқылы беріктенуі және жұмыс істеу кезіндегі қаттылану қабілетінің артуы қамтамасыз етіледі.

Бұл механизм материалға сыртқы жүктеме әсерінде тек біртекті пластикалық деформацияға ғана сүйенбеуге мүмкіндік береді, бірақ орнына көптеген аймақтардың ынтымақтастығы арқылы деформацияны қабылдауға мүмкіндік береді. Нәтижесінде материал жоғары беріктікке қол жеткізгенмен, әлі де жақсы пластикалықты сақтайды, бұл CMT-WAAM никель негізіндегі қорытпаларда құрылым мен қасиеттерді интегративті түрде жобалау үшін маңызды негіз болып табылады.

5-сурет: Биологиялық негізделген жылтыр құрылымның деформациялық әрекетті реттеу механизмінің схемасы

4. Қорытынды

Бұл зерттеу CMT-WAAM Inconel 625 қорытындысын өндіру кезінде биомиметикалық құрылымдық жобалау ұғымын енгізеді және тісті құрылым арқылы беріктік пен пластикалықтың синергиясын арттыру үшін жаңа стратегия ұсынады. Бұл стратегия тек өндіріс параметрлерін оптималдауға негізделген дәстүрлі тәсілден бас тартады, оның орнына құрылымдық бірліктерді жобалау арқылы материалдың деформациялану әрекетін белсенді түрде бақылауды мақсат етеді.

Зерттеу нәтижелері тісті құрылымның жергілікті созылу үлестірімін жақсартуға, әртүрлі аймақтар арасындағы ықпалдастық деформациялану қабілетін күшейтуге және материалдың жұмыс қатайту қабілетін арттыруға мүмкіндік беретінін көрсетеді. Бұл механизм қосымша өндірілген қорытпаларда жиі кездесетін жергілікті созылу концентрациясы проблемасын жеңілдетуге көмектеседі, сондықтан беріктік пен пластикалықтың арасында жақсы үйлесім қамтамасыз етіледі.

Бұл жетістік тек WAAM никель негізіндегі қорытпалардың беріктікті арттыру механизмдері бойынша зерттеулерді байытпаған ғана емес, сонымен қатар әуе-ғарыш, энергетикалық жабдықтар мен күрделі ірі масштабды металдық компоненттердің жоғары өнімді қосымша өндірісі үшін жаңа дизайн идеялары мен техникалық сілтемелер ұсынады.

5. Мақалаға сілтеме

Мақала тақырыбы: Биологиялық негізделген жылтыр құрылым арқылы CMT-WAAM Inconel 625 қорытпасында беріктік пен пластикалықтың синергиясын арттыру

Журнал: Materials Science & Engineering A

Авторлар: Y.J. Han, J.J. Shen, B.H. Zhang, S.Y. Yuan, W. Dong, Y. Cheng, L.L. Wu, Y. Peng, J.P. Oliveira, Y. Zhang, K.H. Wang

DOI:

https://doi.org/10.1016/j.msea.2026.150464