Tradicionalmente, o Inconel 625 fabricado por CMT-WAAM frequentemente enfrenta desafios, como microestrutura não uniforme, concentração localizada de deformação e dificuldade em alcançar simultaneamente alta resistência e boa ductilidade. Para resolver esse desafio, uma equipe da Universidade de Ciência e Tecnologia de Nanjing propôs uma estratégia de projeto biomimética com estrutura serrilhada. Ao controlar sinergicamente a estrutura geométrica e as características microestruturais, essa abordagem melhora o desempenho do material para ajustar a deformação de forma uniforme.
Com base nesse contexto de pesquisa, uma equipe colaborativa da Universidade de Ciência e Tecnologia de Nanjing, juntamente com parceiros incluindo a Universidade de Lisboa (Portugal) e a Enigma, publicou um artigo científico recente intitulado “Melhorando a sinergia entre resistência e ductilidade no Inconel 625 fabricado por CMT-WAAM por meio de uma heteroestrutura biomimética em zigue-zague” na revista internacional Materials Science & Engineering A. https://doi.org/10.1016/j.msea.2026.150464neste trabalho, a Dra. Shen Jiajia e o estudante de mestrado Han Yanjun, da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Ciência e Tecnologia de Nanjing, são os autores principais coautores; os professores Wang Kehong e Zhang Yong (também dessa mesma escola) e o professor João Pedro Olivelia da Universidade de Lisboa são os autores correspondentes coautores. Este estudo elucidou sistematicamente o mecanismo pelo qual a heteroestrutura em zigue-zague inspirada na natureza melhora a sinergia entre resistência e ductilidade do Inconel 625 fabricado por CMT-WAAM. 
1. Contexto e relevância da pesquisa
O CMT-WAAM combina o baixo aporte térmico dos processos de transferência a frio de metal com a alta eficiência de deposição do WAAM, tornando-o ideal para a fabricação rápida de componentes metálicos em larga escala. Para ligas à base de níquel, como o Inconel 625, essa tecnologia oferece vantagens significativas na melhoria da eficiência de fabricação e na redução dos custos de produção.
No entanto, na fabricação real, múltiplos ciclos térmicos durante o processo de deposição, a fusão intercamadas e o planejamento do trajeto influenciam coletivamente a morfologia dos grãos, a orientação cristalográfica e a distribuição local de tensões/deformações. Confiar exclusivamente na otimização convencional dos parâmetros do processo frequentemente torna difícil alcançar simultaneamente alta resistência e alta ductilidade. Portanto, regular e controlar ativamente o comportamento de deformação do material por meio do projeto da microestrutura tornou-se uma abordagem importante para melhorar o desempenho geral das ligas fabricadas por WAAM.
Estruturas hierárquicas na natureza, como conchas marinhas, ossos e interfaces serrilhadas, frequentemente alcançam excelente tolerância a danos por meio de mecanismos como "encaixe geométrico, partição de deformação e desvio de trincas". Inspirando-se nessa filosofia de projeto biomimético, este estudo constrói uma arquitetura em zigue-zague em Inconel 625 produzido por CMT-WAAM, oferecendo uma nova abordagem de projeto microestrutural para melhorar simultaneamente a resistência e a ductilidade de ligas fabricadas aditivamente.
Figura 1: Esquema do conceito de projeto da estrutura em zigue-zague inspirada na natureza
2. Detalhes experimentais
Neste estudo, corpos de prova de liga Inconel 625 foram depositados por meio do processo CMT-WAAM, e uma estrutura serrilhada com ondulações espaciais foi construída por meio do planejamento do caminho da ferramenta. Essa estratégia elimina a única interface plana de ligação entre camadas, formando, em vez disso, unidades estruturais controláveis tanto no nível geométrico macroscópico quanto no nível estrutural microscópico.
Para revelar de forma abrangente a influência do projeto estrutural na microestrutura e nas características da liga Inconel625, este estudo emprega uma abordagem de caracterização em múltiplas escalas: a evolução microestrutural é analisada utilizando técnicas como microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e difração eletrônica de retroespalhamento; as propriedades mecânicas são avaliadas por meio de ensaios de tração e análise fractográfica; e, ao integrar diferenças locais de orientação, estruturas de discordâncias e características de deformação, o mecanismo subjacente à melhoria sinérgica da resistência e da ductilidade do material é ainda mais elucidado.
Figura 2: Estratégia de Deposição
3. Resultados e Discussão
3.1 Construção da estrutura em zigue-zague inspirada na natureza
Em comparação com estruturas convencionais de trajetória reta ou camadas uniformes, a estrutura em zigue-zague introduz curvas periódicas e ondulações nas interfaces em termos de geometria, criando regiões com diferentes respostas locais à deformação dentro do material. Sob carregamento de tração, ocorrem restrição mútua e deformação cooperativa entre essas diferentes regiões, contribuindo assim para a dispersão das concentrações locais de deformação.
A chave deste projeto estrutural não reside meramente na alteração do caminho de deposição, mas sim na regulação conjunta do modo de deformação por meio de variações microestruturais induzidas pelo caminho e ondulações geométricas. Dessa forma, o material pode alcançar um comportamento mais estável de encruamento sob carga, mantendo ao mesmo tempo sua capacidade global de suportar cargas.
3.2 Características microestruturais
A análise microestrutural revela que a entrada de calor, a remelting entre camadas e as variações de trajetória durante o processo CMT-WAAM influenciam coletivamente a morfologia dos grãos e a distribuição microestrutural local. As diferenças microestruturais nas regiões com estrutura em zigue-zague fornecem uma base para a deformação, permitindo um particionamento de deformação mais rico e comportamentos de acumulação de discordâncias durante o processo de deformação.
Vale destacar que a estrutura em zigue-zague não implica a introdução de interfaces fracas. Uma interface em zigue-zague adequadamente projetada pode melhorar a capacidade de transferência de carga por meio do encaixe geométrico e da continuidade microestrutural, reduzindo assim o risco de falha prematura na interface.
Figura 3: Esquema das características microestruturais na estrutura em zigue-zague inspirada na natureza
3.3 Propriedades mecânicas à temperatura ambiente
Testes de propriedades mecânicas mostram que a estrutura em zigue-zague inspirada na natureza melhora eficazmente a sinergia entre resistência e ductilidade do Inconel 625 produzido por CMT-WAAM. Em comparação com uma estrutura uniforme convencional, a estrutura em zigue-zague retarda a instabilidade plástica por meio de uma coordenação local aprimorada da deformação e de uma maior capacidade de encruamento, alcançando, assim, propriedades mecânicas globais superiores.
A melhoria sinérgica da resistência e da ductilidade é um ponto central deste estudo. Durante a deformação sob tração, a estrutura em zigue-zague pode alterar o caminho de evolução da deformação, permitindo que diferentes regiões do material participem conjuntamente na deformação plástica, evitando, dessa forma, a concentração prematura de danos em áreas locais.
Figura 4: Melhoria sinérgica da resistência e da ductilidade no Inconel 625 produzido por CMT-WAAM
3.4 Mecanismo de deformação
A análise do mecanismo mostra que a estrutura em zigue-zague pode induzir uma distribuição local de deformação mais complexa e promover a deformação cooperativa entre as regiões moles e duras dentro da estrutura em zigue-zague. Durante a deformação, ocorrem restrições mútuas entre as regiões geometricamente onduladas e as regiões microestruturais adjacentes, facilitando assim o acúmulo de discordâncias, o endurecimento por tensão reversa e uma capacidade aprimorada de encruamento.
Esse mecanismo permite que o material deixe de depender exclusivamente da deformação plástica uniforme quando submetido a cargas externas, passando, em vez disso, a acomodar a deformação por meio da cooperação sinérgica de múltiplas regiões. Como resultado, o material mantém boa ductilidade ao mesmo tempo que alcança maior resistência, fornecendo uma base importante para o projeto integrado de estrutura e propriedades em ligas à base de níquel fabricadas por CMT-WAAM.
Figura 5: Esquema do mecanismo da estrutura em zigue-zague inspirada na natureza na regulação do comportamento de deformação
4. Conclusão
Este estudo introduz o conceito de design estrutural biomimético na fabricação da liga Inconel 625 por CMT-WAAM e propõe uma nova estratégia para melhorar a sinergia entre resistência e ductilidade por meio de uma estrutura serrilhada. Essa estratégia afasta-se da abordagem convencional que se baseia exclusivamente na otimização dos parâmetros do processo, enfatizando, em vez disso, o controle ativo do comportamento de deformação do material por meio do projeto de unidades estruturais.
Os resultados da pesquisa indicam que a estrutura serrilhada pode melhorar a distribuição local da deformação, aumentar a capacidade de deformação coordenada entre diferentes regiões e potencializar a capacidade de encruamento do material. Esse mecanismo contribui para aliviar o problema comum de concentração localizada de deformação em ligas fabricadas aditivamente, permitindo, assim, uma melhor correspondência entre resistência e ductilidade.
Essa conquista não apenas enriquece a pesquisa sobre mecanismos de reforço de ligas à base de níquel produzidas por WAAM, mas também fornece novas ideias de projeto e referências técnicas para a manufatura aditiva de alto desempenho de componentes metálicos complexos e de grande porte destinados à indústria aeroespacial e a equipamentos energéticos.
5. Link do artigo
Título do artigo: Aumento da sinergia entre resistência e ductilidade no Inconel 625 fabricado por WAAM-CMT mediante uma heteroestrutura em zigue-zague inspirada na natureza
Revista: Materials Science & Engineering A
Autores: 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
Notícias Quentes2025-06-30
2025-07-04
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