मोठी बातमी! एनिग्मा, नानजिंग युनिव्हर्सिटी ऑफ सायन्स अँड टेक्नॉलॉजी आणि लिस्बन युनिव्हर्सिटी यांच्या संयुक्त यशाचे परिणाम: बायोमिमेटिक सेरेटेड स्ट्रक्चर्स यांनी CMT-WAAM Inconel 625 च्या सहकार्यात्मक ताकद आणि लवचिकता वाढवली.

पारंपारिकरित्या, सीएमटी-डब्ल्यूएएएम द्वारे निर्मित इनकोनेल ६२५ अक्सर असमान सूक्ष्मसंरचना, स्थानिक प्रतिबंधित तन्यता साठवण आणि उच्च ताकद आणि चांगली तन्यता एकाच वेळी मिळवण्याची कठीणता यासारख्या आव्हानांचा सामना करते. या आव्हानाचे निराकरण करण्यासाठी, नानजिंग विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विद्यापीठाच्या एका संघाने जैव-प्रेरित काटाकाट रचना डिझाइन धोरणाचा प्रस्ताव केला आहे. भौमितिक रचना आणि सूक्ष्मसंरचनात्मक वैशिष्ट्यांचे समन्वयित नियंत्रण करून, हा दृष्टिकोन सामग्रीच्या कार्यक्षमतेत सुधारणा करतो आणि विकृतीचे समान रूपाने नियंत्रण करतो.

वरील संशोधनाच्या पार्श्वभूमीवर, नानजिंग विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विद्यापीठाच्या एका सहकार्य संघाने, लिस्बन विद्यापीठ (पोर्तुगाल) आणि एनिग्मा यांच्या सहभागात, आंतरराष्ट्रीय नियतकालिक 'मटेरियल्स सायन्स अँड इंजिनियरिंग ए' मध्ये 'सीएमटी-डब्ल्यूएएएम इनकोनेल ६२५ मध्ये जैव-प्रेरित झिगझॅग हेटेरोस्ट्रक्चरद्वारे ताकद-तन्यता सहसंबंधाचे सुधारणे' या शीर्षकाचा नवीनतम संशोधन लेख प्रकाशित केला. https://doi.org/10.1016/j.msea.2026.150464या कामात, नॅनजिंग युनिव्हर्सिटी ऑफ सायन्स अँड टेक्नॉलॉजीच्या स्कूल ऑफ मॅटेरियल्स सायन्स अँड इंजिनिअरिंगमधील डॉ. शेन जियाजिया आणि मास्टरचे विद्यार्थी हान यानजुन हे सह-प्रथम लेखक आहेत; प्रोफेसर वांग केहॉंग, प्रोफेसर झांग योंग (त्याच स्कूलमधून) आणि लिस्बन युनिव्हर्सिटीचे प्रोफेसर जोआओ पेद्रो ओलिव्हेरिया हे सह-संबंधित लेखक आहेत. हा अभ्यास जैव-प्रेरित झिगझॅग हेटेरोस्ट्रक्चरद्वारे सीएमटी-डब्ल्यूएएएम इनकोनेल ६२५ च्या ताकद-लवचिकता सहयोगाचे यांत्रिकी सिस्टमॅटिकपणे स्पष्टीकरण करतो.

१. संशोधनाची पार्श्वभूमी आणि महत्त्व

सीएमटी-डब्ल्यूएएएम हे कोल्ड मेटल ट्रान्सफर प्रक्रियांच्या कमी उष्णता इनपुटला डब्ल्यूएएएमच्या उच्च डिपॉझिशन कार्यक्षमतेसोबत एकत्रित करते, ज्यामुळे मोठ्या प्रमाणावरच्या धातूच्या घटकांच्या वेगवान निर्मितीसाठी ते आदर्श ठरते. इनकोनेल ६२५ सारख्या निकेल-आधारित मिश्रधातूंसाठी, ही तंत्रज्ञान उत्पादन कार्यक्षमता सुधारण्यात आणि उत्पादन खर्च कमी करण्यात महत्त्वाचे फायदे प्रदान करते.

तथापि, वास्तविक उत्पादनामध्ये, जमिनीवर थर जमवण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान अनेक उष्णता चक्रे, थरांमधील पुन्हा वितळणे आणि मार्ग योजना यामुळे संपूर्णपणे धातूच्या कणांची आकृती, क्रिस्टलोग्राफिक दिशा आणि स्थानिक ताण/विकृती वितरण प्रभावित होते. सामान्य प्रक्रिया पॅरामीटरच्या अनुकूलनावर एकट्याचा विश्वास ठेवल्यास उच्च ताकद आणि उच्च लवचिकता या दोन्ही एकाच वेळी साध्य करणे बहुधा कठीण होते. म्हणून, सूक्ष्मसंरचनेच्या डिझाइनद्वारे सामग्रीच्या विकृतीच्या वर्तनावर सक्रियपणे नियंत्रण आणि नियमन करणे हे WAAM-निर्मित मिश्रधातूंच्या सर्वसाधारण कामगिरीत सुधारणा करण्यासाठी एक महत्त्वाचा दृष्टिकोन बनला आहे.

निसर्गातील पदानुक्रमित रचना, जसे की समुद्राचे कवच, हाडे आणि दांतेदार संपर्क पृष्ठभाग, अक्सर "ज्यामितीय अंतर्बद्धता, प्रतिबंधित प्रतिबंधित तन्यता विभाजन आणि फटणाचे विचलन" या यांत्रिक प्रक्रियांद्वारे उत्कृष्ट दुखापत सहनशीलता प्राप्त करतात. या जैव-नकली डिझाइन तत्त्वज्ञानातून प्रेरणा घेऊन, ह्या संशोधनात CMT-WAAM Inconel 625 मध्ये झिगझॅग रचना तयार करण्यात आली आहे, जी जोडलेल्या निर्मितीच्या मिश्रधातूंच्या ताकदी आणि लवचिकतेच्या एकाच वेळी वाढीसाठी एक नवीन सूक्ष्मरचनात्मक डिझाइन पद्धत प्रदान करते.

आकृती १: जैव-प्रेरित झिगझॅग रचना डिझाइन संकल्पनेची आरेखण

२. प्रयोगात्मक तपशील

या संशोधनात, Inconel 625 मिश्रधातूचे नमुने CMT-WAAM प्रक्रियेद्वारे जमा करण्यात आले, आणि साधनपथ योजनेद्वारे अवकाशातील तरंगित दांतेदार रचना तयार करण्यात आली. ही रणनीती आंतरस्तरीय एकाच सपाट बंधन पृष्ठभागाचा नाश करते, त्याऐवजी मॅक्रोस्कोपिक ज्यामितीय आणि सूक्ष्मस्तरीय रचनात्मक पातळीवर नियंत्रित करता येणाऱ्या रचनात्मक घटकांची निर्मिती करते.

इनकोनेल625 मिश्रधातूवर संरचनात्मक डिझाइनचा प्रभाव संपूर्णपणे उघड करण्यासाठी, ह्या अभ्यासात बहु-स्केल वैशिष्ट्यीकरण पद्धतीचा वापर केला जातो: सूक्ष्मसंरचनात्मक विकासाचे विश्लेषण ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी, स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी आणि इलेक्ट्रॉन बॅकस्कॅटर डिफ्रॅक्शन सारख्या तंत्रांच्या मदतीने केले जाते; यांत्रिक गुणधर्मांचे मूल्यांकन तन्यता परीक्षण आणि फ्रॅक्टोग्राफिक विश्लेषणाद्वारे केले जाते; आणि स्थानिक अभिविन्यास फरक, विस्थापन संरचना आणि विकृती वैशिष्ट्यांचे एकत्रीकरण करून, या सामग्रीमध्ये ताकद आणि लवचिकता यांच्या सहयोगी सुधारणेच्या यांत्रिकीचे अधिक स्पष्टीकरण केले जाते.

आकृती २: जमा करण्याची रणनीती

३. निष्कर्ष आणि चर्चा

३.१ जैव-प्रेरित झिगझॅग संरचनेची निर्मिती

पारंपारिक सीध्या-मार्ग किंवा एकसमान पदरीच्या रचनांशी तुलना केल्यास, झिगझॅग रचना ज्यामुळे ज्यामुळे आकारात आवर्ती वळणे आणि इंटरफेस उभार निर्माण होतात, त्यामुळे सामग्रीत वेगवेगळ्या स्थानिक विकृती प्रतिक्रिया असलेल्या प्रदेशांची निर्मिती होते. ताण लोडिंग अंतर्गत, या वेगवेगळ्या प्रदेशांमध्ये परस्पर बंधन आणि सहकार्यात्मक विकृती घडतात, ज्यामुळे स्थानिक प्रतिबंधित ताणाचे विखुरण करण्यास मदत होते.

या रचनात्मक डिझाइनची गुरुकिल्ली केवळ जमा मार्गात बदल करण्यात नाही, तर मार्ग-निर्मित सूक्ष्मरचनात्मक फरक आणि भौमितिक उभार यांच्या माध्यमातून विकृतीच्या पद्धतीचे सामूहिक नियमन करण्यात आहे. या प्रकारे, सामग्री एकूण लोड-बेअरिंग क्षमता टिकवून ठेवताना अधिक स्थिर कार्य-कठोरता वर्तन प्राप्त करू शकते.

३.२ सूक्ष्मरचनात्मक वैशिष्ट्ये

सूक्ष्मसंरचनात्मक विश्लेषणातून असे दिसून येते की सीएमटी-डब्ल्यूएएएम प्रक्रियेदरम्यान उष्णता इनपुट, इंटरलेयर रीमेटिंग आणि मार्गावरील बदल एकत्रितपणे धान्य आकारशास्त्र आणि स्थानिक सूक्ष्मसंरचनात्मक वितरणावर प्रभाव पाडतात. झिगझॅग-संरचित क्षेत्रांमध्ये सूक्ष्मसंरचनात्मक फरक विकृत होण्यासाठी आधार प्रदान करतात, विकृत होण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान समृद्ध ताण विभाजन आणि विच्छेदन जमा करण्याच्या वर्तनास सक्षम करतात.

यामध्ये लक्षात घेण्यासारखे आहे की झिगझॅग संरचनामुळे कमकुवत इंटरफेसची ओळख होत नाही. योग्य प्रकारे डिझाइन केलेले झिगझॅग इंटरफेस भूमितीय इंटरलॉकिंग आणि सूक्ष्मसंरचनात्मक सातत्यद्वारे भार हस्तांतरण क्षमता वाढवू शकते, ज्यामुळे इंटरफेसवर अकाली अपयशाचा धोका कमी होतो.

आकृती ३: बायो-इन्स्पिरेटेड झिगझॅग स्ट्रक्चरमधील सूक्ष्म संरचनात्मक वैशिष्ट्यांचा आराखडा

३.३ खोलीच्या तापमानाचे यांत्रिक गुणधर्म

यांत्रिक गुणवत्ता चाचण्या दर्शवितात की जैव-प्रेरित झिगझॅग संरचना CMT-WAAM Inconel 625 च्या ताकद-लवचिकता सहकार्यामध्ये प्रभावीपणे सुधारणा करते. पारंपारिक एकसमान संरचनेच्या तुलनेत, झिगझॅग संरचना स्थानिक प्रतिबंधित तन्यता आणि कार्य कठोरता क्षमतेच्या वाढीद्वारे प्लास्टिक अस्थिरता उशिरा येण्यास मदत करते, ज्यामुळे एकूण यांत्रिक गुणवत्तेमध्ये उत्तम परिणाम मिळतो.

ताकद आणि लवचिकतेचे सहकार्यात्मक सुधारणे हा या अभ्यासाचा मुख्य ठळक बिंदू आहे. तन्य विकृतीदरम्यान, झिगझॅग संरचना तन्यता विकासाचा मार्ग बदलू शकते, ज्यामुळे साहित्यातील विविध प्रदेश एकत्रितपणे प्लास्टिक विकृतीत सहभागी होऊ शकतात, आणि त्यामुळे स्थानिक प्रदेशांमध्ये लवकरच होणारे नुकसान केंद्रीकरण टाळले जाते.

आकृती ४: CMT-WAAM Inconel ६२५ मध्ये ताकद आणि लवचिकतेचे सहकार्यात्मक सुधारणे

३.४ विकृती यांत्रिकता

यांत्रिक विश्लेषणातून स्पष्ट होते की, झिगझॅग संरचना एक अधिक जटिल स्थानिक प्रतिबंधित तन्यता वितरण निर्माण करू शकते आणि झिगझॅग संरचनेतील मऊ व कठीण प्रदेशांमध्ये सहकार्यात्मक विकृतीचे प्रोत्साहन देऊ शकते. विकृतीच्या काळात, ज्योमेट्रिकदृष्ट्या तरंगित प्रदेशांच्या आणि त्यांच्या जवळच्या सूक्ष्मसंरचनात्मक प्रदेशांच्या मध्ये परस्पर बंधने निर्माण होतात, ज्यामुळे विस्थापनाचे जमा होणे, मागील-तन्यता द्वारे दृढीकरण आणि वाढलेली कार्य कठोरता क्षमता सुलभ होते.

हा यांत्रिक सिद्धांत या सामग्रीला बाह्य भाराच्या प्रभावाखाली फक्त एकसमान प्लास्टिक विकृतीवर अवलंबून राहण्याऐवजी, अनेक प्रदेशांच्या समन्वयात्मक सहकार्याद्वारे विकृतीचे समायोजन करण्यास सक्षम करतो. यामुळे, सामग्री चांगली तन्यता राखूनही वाढलेली ताकद प्राप्त करते, जो CMT-WAAM निकेल-आधारित मिश्रधातूंमध्ये संरचना आणि गुणधर्मांच्या एकत्रित डिझाइनसाठी एक महत्त्वाचा आधार प्रदान करतो.

आकृती ५: जीवशास्त्र-प्रेरित झिगझॅग संरचनेच्या विकृती व्यवहार नियंत्रणाच्या यांत्रिक संकल्पनेची आरेखिक आकृती

४. निष्कर्ष

हा अभ्यास CMT-WAAM Inconel 625 मिश्रधातूच्या निर्मितीमध्ये जैव-नकली संरचनात्मक डिझाइन संकल्पनेचा समावेश करतो आणि एक नवीन रणनीती सुचवतो जी दातार (सॅरेटेड) संरचनेद्वारे ताकद आणि लवचिकता यांच्यातील सहकार्याचे सुधारण्यासाठी वापरली जाते. ही रणनीती केवळ प्रक्रिया पॅरामीटर्सच्या इष्टतमीकरणावर अवलंबित असलेल्या पारंपरिक दृष्टिकोनापासून स्वतंत्र आहे; त्याऐवजी, संरचनात्मक घटकांच्या डिझाइनद्वारे द्रव्याच्या विकृतीच्या वर्तनावर सक्रिय नियंत्रण ठेवण्यावर भर देते.

संशोधनाचे निष्कर्ष दर्शवितात की दातार (सॅरेटेड) संरचना स्थानिक तन्यता वितरण सुधारू शकते, विविध प्रदेशांमधील समन्वित विकृती क्षमता वाढवू शकते आणि द्रव्याची कार्य-कठोरता क्षमता वाढवू शकते. ही यांत्रिकी जोडलेल्या निर्मितीमध्ये तयार केलेल्या मिश्रधातूंमध्ये सामान्यपणे आढळणाऱ्या स्थानिक तन्यता केंद्रीकरणाच्या समस्येचे शमन करण्यास मदत करते, ज्यामुळे ताकद आणि लवचिकता यांच्यात चांगले संतुलन साधले जाते.

हे उपलब्धी केवळ WAAM निकेल-आधारित मिश्रधातूंच्या कठोरता वाढवण्याच्या यांत्रिकीवरील संशोधनाला समृद्ध करत नाही तर विमाननौका, ऊर्जा उपकरणे आणि जटिल मोठ्या प्रमाणातील धातूच्या घटकांच्या उच्च कार्यक्षमतेच्या योग्य निर्मितीसाठी नवीन डिझाइन कल्पना आणि तांत्रिक संदर्भ प्रदान करते.

५. पेपर लिंक

पेपरचे शीर्षक: जैव-प्रेरित झिगझॅग हेटेरोस्ट्रक्चरद्वारे CMT-WAAM इन्कोनेल ६२५ मध्ये ताकद-लवचिकता सहयोगाचे सुधारणे

नियतकालिक: मटेरियल्स सायन्स अँड इंजिनियरिंग A

लेखक: य.जे. हान, जे.जे. शेन, बी.एच. झांग, एस.वाय. युआन, डब्ल्यू. डॉन्ग, वाय. चेंग, एल.एल. वू, वाय. पेंग, जे.पी. ओलिव्हेरा, वाय. झांग, के.एच. वांग

DOI:

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