Sensasjon nytt! Felles oppnådd av Enigma og NOVA-universitetet i Lissabon: Sti-optimering forbedrer romtemperatur- og høytemperaturytelsen til additiv fremstilt Inconel 625.

Som en ny teknologi innen additiv produksjon har DED (Direct Electric Discharge) vist unike fordeler i fremstillingen av Inconel 625-legering på grunn av sin høye effektivitet, lave kostnader og evne til storskala formasjon. Den tradisjonelle DED-prosessen fører imidlertid ofte til en kolonnekristallstruktur med en tydelig <001>-orientering, noe som gjør det utfordrende å oppnå både ideell styrke og seighet i materialet.

I. Bakgrunn og betydning

Nylige studier har vist at økning av linjestrøm energitetthet (LED) kan effektivt forbedre ytelsen til Inconel 625 legering ved å transformere kolonneformede korn til nesten likeveide korn; imidlertid er den spesifikke mekanismen bak rollen printstifteveksling fremdeles uklar. I tillegg påvirker de unike grensesnittsegenskapene mellom lag i additiv produksjon materialets mekaniske egenskaper betydelig, særlig ved høye temperaturer, hvor de kan føre til grensesnitts spenningskonsentrasjon og tidlig svikt. Derfor, å undersøke innflytelsesmekanismene til grensesnittene mellom lag ved ulike temperaturer har stor verdi for prosessoptimering og forbedring av materialytelse .

Basert på den nevnte forskningsbakgrunnen, Enigma samarbeidet med et team fra Teknologi og NOVA University Lisbon i Portugal for å publisere sine siste forskningsfunn i Materials Research Letters med tittelen “ Forbedrede mekaniske egenskaper og deformasjonsmekanisme s i DED Inconel 625 via skifte av skrivehodebanen , systematisk utforsking av innflytelsen fra trykkveidesign på materialmikrostruktur og mekaniske egenskaper.

Kilde [1]

II. Eksperimentelle metoder

Denne studien benyttet Cold Metal Transfer (CMT) DED-teknologi for å fremstille Inconel 625-legeringsprøver under en beskyttende atmosfære av 70 % Ar + 30 % He blandet gass. For å sikre at eksperimentelle resultater var pålitelige, optimaliserte forskerteamet de viktigste prosessparameterne: strøm 116 A, tilførselshastighet for wire 4,6 m/min, og linjefordelt energitetthet 140 J/mm. En lag-til-lag 90° rotasjonsveistrategi ble brukt for å lage sylindriske prøver med en diameter på 50 mm og en lengde på 100 mm.

Kilde [1]

For å fullstendig karakterisere materialeegenskapene, ble en multiskalananalysemetode tatt i bruk : mikrostrukturell utvikling ble analysert ved hjelp av XRD, OM, SEM-EBSD og TEM-systemer; mekaniske egenskaper ble evaluert ved hjelp av mikrohardhetstesting og strekkforsøk ved romtemperatur og høye temperaturer (400-850 °C).

III. Resultater og diskusjon

3.1 Mikrostrukturelle egenskaper

Mikrostruktur-analyse avslørte den betydelige innflytelsen av designet på skrivebanen. Sammenlignet med de tradisjonelle 0°-banens prøver, viste prøvene som ble laget ved hjelp av 90°-baneveksling unike nesten-isotropiske krystalegenskaper: den gjennomsnittlige kornlengden var 527 ± 5 μm, bredden var 172 ± 7 μm (aspektforhold 3,06), og finekorndelte soner (37 ± 2 μm) dannet ved laggrensesnittene. XRD-analyse bekreftet at prøvene viser en enkeltfaset tetragonal struktur.

Kilde [1]

Forskning har bekreftet at høy LED i kombinasjon med baneveksling kan effektivt redusere temperaturgradienten i smeltebassenget, undertrykke epitaksial vekst av kolonnkrystaller og fremme dannelse av likeaksede krystaller ved å øke omeltedybden og gi nye nukleeringssteder, og dermed optimere materialets mikrostruktur . Denne prosesskombinasjonen gir en effektiv måte å oppnå overgangen fra kolonnkrystaller til likeaksede krystaller.

3.2 Mekaniske egenskaper ved romtemperatur

Tester av mekaniske egenskaper ved romtemperatur indikerer at Inconel 625-prøver laget ved hjelp av en 90° skrivebane viser utmerket styrke-duktilitet-kombinasjon, med en yield-styrke på 401 ± 12 MPa, strekkfasthet på 724 ± 5 MPa og forlengelse på 57 ± 5% .Materialet viser typisk tre-trinns arbeidsforhardende oppførsel, spesielt med økt evne til arbeidsforhardning i spenningsområdet 8–25 %, noe som resulterer i et høyt produkt av plastisitet og styrke på 41,3 GPa*%, betydelig bedre enn tradisjonelle varmvalsete legeringer (32,1 GPa*%).

Kilde [1]

Mikrostrukturanalyser viser at nesten likekantede prøver har større kornstørrelse (232 ± 16 μm mot varmvalsete prøver < 130 μm), og deres overlegne egenskaper skyldes hovedsakelig to faktorer: først, den avgjørende rollen til dislokasjonsforsterkning, og for det andre, en unik deformasjonsmekanisme. Mikroskopiske analyser avslørte at materialet danner tette dislokasjonsvegger og låsestrukturer under deformasjon. Disse mikrostrukturelle egenskapene hindrer effektivt bevegelse av dislokasjoner, og forbedrer dermed materialets styrke . Mer viktig er det at ingen spenningskonsentrasjon ble observert ved grensesjiktene, og bruddet oppstod alltid i korn grenser, noe som bekrefter at grensesnittene dannet av skrivebanen ikke påvirker materialets ytelse . Det er denne unike dislokasjonsbevegelsen kombinert med intakte grensesnitt som sammen gir materialet de fremragende samlede egenskapene.

3.3 Høytemperatur-mekaniske egenskaper

Testing av høytemperatur-mekaniske egenskaper har avslørt den utmerkede høytemperatur-tilpasningsevnen til nesten isotropisk Inconel 625-legering. Forskning viser at innenfor det brede temperaturområdet 400–850 °C, overgår materialets styrkeegenskaper konsekvent dem av tradisjonelle støpt legeringer. Merkverdig er det at dens forlengelse forblir på et høyt nivå under 700 °C, med bare en svak nedgang som observeres etter at temperaturen har passert 700 °C. Gjennom bruddmorfoloigianalyse observerte studien tydelige temperaturavhengige overganger i bruddatferd: ved 600 °C viste bruddflaten typiske interkristallinske duktile bruddkarakteristikker, med en bruddflate som viste jevnt fordelt flate duktile dympler; mellom 750 °C og 800 °C overgår bruddmodusen til interkristallinsk brudd, med tydelige sprøbruddkarakteristikker; når temperaturen når 850 °C viser bruddflaten en blandet bruddkarakteristikk med både duktile dympler og sprøbruddplan.

Kilde [1]

IV. Konklusjon

Denne studien avdekker den kritiske innflytelsen til printestier på mikrostruktur og egenskaper til Inconel 625-legeringen. Ved å bruke en printestrategi med høy energitilførsel kombinert med en 90° lag-til-lag rotasjon, ble den tradisjonelle kolonnekornstrukturen successfully omgjort til en jevn nesten likekornet struktur. Gjennom avanserte mikrostrukturanalyseteknikker ble det funnet at denne unike strukturen viser distinkte dislokasjonsbevegelsesmønstre under deformasjon: ikke bare planar glidning forekommer, men også dannelse av tette dislokasjonsvegger og spesielle dislokasjonslåsninger. Den synergistiske interaksjonen mellom disse mikrostrukturelle mekanismene gir materialet både utmerket styrke og duktilitet.

Merkverdig er det at de fine kornsonene som dannes mellom lagene under printing ikke svekket ytelsen, men faktisk forbedret den. Testresultater viser at denne optimerte nesten likeaksede krystallstrukturen har fremragende mekaniske egenskaper over et bredt temperaturinterval, fra romtemperatur til høye temperaturer. Denne oppdagelsen gir nye prosessinnsikter for høykvalitets additiv produksjon av kritiske komponenter i luftfart og andre felt, og viser brede anvendelsesmuligheter.

Lenke til artikkel:

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