Como uma tecnologia emergente de manufatura aditiva, DED (Direct Electric Discharge) demonstrou vantagens únicas na fabricação da liga Inconel 625 devido à sua alta eficiência, baixo custo e capacidades de conformação em grande escala. No entanto, o processo tradicional de DED frequentemente resulta em uma estrutura cristalina colunar com uma orientação distinta <001>, o que torna difícil alcançar tanto a resistência quanto a ductilidade ideais no material.
I. Contexto e Relevância da Pesquisa
Estudos recentes descobriram que aumentar a densidade de energia linear (LED) pode melhorar efetivamente o desempenho da liga Inconel 625 ao transformar grãos colunares em grãos quase equiaxiais; no entanto, o mecanismo específico do papel da comutação de trajetória de impressão ainda não é claro. Além disso, as características únicas das interfaces entre camadas na fabricação aditiva influenciam significativamente as propriedades mecânicas do material, especialmente em altas temperaturas, podendo levar à concentração de deformação na interface e à falha prematura. Portanto, investigar os mecanismos de influência das interfaces entre camadas em diferentes temperaturas possui grande valor para a otimização de processos e a melhoria do desempenho dos materiais .
Com base no contexto de pesquisa mencionado acima, Enigma colaborou com uma equipe da Technology e A Universidade Nova de Lisboa em Portugal para publicar seus mais recentes resultados de pesquisa em Materials Research Letters com o título “ Propriedades mecânicas aprimoradas e mecanismo de deformação s em DED Inconel 625 por meio de alternância do caminho de impressão , explorando sistematicamente a influência do design do caminho de impressão sobre a microestrutura e propriedades mecânicas do material.
Fonte [1]
II. Métodos Experimentais
Este estudo utilizou a tecnologia DED Cold Metal Transfer (CMT) para fabricar amostras da liga Inconel 625 sob uma atmosfera protetora composta por uma mistura de gases de 70% Ar + 30% He. Para garantir a confiabilidade dos resultados experimentais, a equipe de pesquisa otimizou os parâmetros-chave do processo: corrente de 116 A, velocidade de alimentação do arame de 4,6 m/min e densidade de energia linear de 140 J/mm. Foi adotada uma estratégia de caminhamento com rotação de 90° entre camadas para preparar corpos de prova cilíndricos com diâmetro de 50 mm e comprimento de 100 mm.
Fonte [1]
Para caracterizar de forma abrangente as propriedades do material, foi adotado um método de análise multiescala : a evolução microestrutural foi analisada utilizando sistemas de DRX, MO, MEB-EBSD e TEM; as propriedades mecânicas foram avaliadas por meio de testes de microdureza e experimentos de tração à temperatura ambiente e em altas temperaturas (400-850°C).
III. Resultados e Discussão
3.1 Características microestruturais
A análise microestrutural revelou a significativa influência do design do caminho de impressão. Em comparação com as amostras tradicionais com caminho de 0°, as amostras preparadas utilizando a alternância do caminho de 90° exibiram características cristalinas próximas à isotrópica: o comprimento médio dos grãos foi de 527 ± 5 μm, a largura foi de 172 ± 7 μm (relação de aspecto 3,06), e regiões de grãos finos (37 ± 2 μm) se formaram nas interfaces das camadas. A análise por DRX confirmou que as amostras apresentam uma estrutura cúbica de face centrada monofásica.
Fonte [1]
Pesquisas confirmaram que lED elevado combinado com a troca de trajetória pode reduzir eficazmente o gradiente de temperatura da piscina de fusão, suprimir o crescimento epitaxial dos cristais colunares e promover a formação de cristais equiaxiais ao aumentar a profundidade de remissão e fornecer novos sítios de nucleação, otimizando assim a microestrutura do material . Esta combinação de processos fornece um meio eficaz para alcançar a transformação de cristais colunares para cristais equiaxiais.
3.2 Propriedades mecânicas à temperatura ambiente
Ensaios de propriedades mecânicas à temperatura ambiente indicam que Amostras de Inconel 625 preparadas utilizando uma trajetória de impressão de 90° exibem excelente combinação de resistência e ductilidade, com limite de escoamento de 401 ± 12 MPa, resistência à tração de 724 ± 5 MPa e alongamento de 57 ± 5% o material apresenta um comportamento típico de endurecimento por deformação em três estágios, mostrando especialmente uma capacidade aprimorada de endurecimento por deformação na faixa de 8–25% de deformação, resultando em um alto produto de plasticidade-resistência de 41,3 GPa*%, superando significativamente as ligas tradicionais laminadas a quente (32,1 GPa*%).
Fonte [1]
A análise microestrutural revela que amostras próximas a equiaxiais exibem tamanhos de grão maiores (232 ± 16 μm contra < 130 μm nas amostras laminadas a quente), e seu desempenho superior decorre principalmente de dois fatores: primeiro, o papel fundamental do endurecimento por discordâncias, e segundo, um mecanismo de deformação único. A análise microscópica revelou que durante a deformação, o material forma paredes de discordâncias de alta densidade e estruturas de bloqueio de discordâncias. Essas características microestruturais impedem efetivamente o movimento das discordâncias, aumentando assim a resistência do material . Mais importante ainda, nenhuma concentração de tensão foi observada nas interfaces entre camadas, e a fratura sempre ocorreu nas fronteiras dos grãos, confirmando que as interfaces formadas pelo caminho de impressão não afetam o desempenho do material . É esse movimento único de discordâncias combinado com interfaces intactas que conjuntamente conferem ao material suas excepcionais propriedades gerais.
3.3 Propriedades mecânicas em alta temperatura
Os testes de propriedades mecânicas em alta temperatura revelaram a excelente adaptabilidade em altas temperaturas da liga Inconel 625 quase isotrópica. Pesquisas mostram que dentro da ampla faixa de temperatura de 400–850°C, as propriedades de resistência deste material superam consistentemente as das ligas fundidas tradicionais. Notavelmente, sua elongação permanece em um nível mais alto abaixo de 700°C, com apenas uma leve diminuição observada após ultrapassar 700°C. Por meio da análise da morfologia de fratura, o estudo observou transições distintas no comportamento de fratura dependentes da temperatura: a 600°C, a fratura exibiu características típicas de fratura dúctil intergranular, com a superfície de fratura mostrando pequenas covinhas dúcteis uniformemente distribuídas; entre 750°C e 800°C, o modo de fratura transita para fratura intergranular, apresentando características distintas de fratura frágil; quando a temperatura atinge 850°C, a superfície de fratura exibe uma característica mista de fratura, com covinhas dúcteis e planos de fratura frágeis.
Fonte [1]
IV. Conclusão
Este estudo revela a influência crítica do design do caminho de impressão sobre a microestrutura e as propriedades da liga Inconel 625. Ao empregar uma estratégia de impressão com alto input de energia combinada com uma rotação de 90° entre camadas consecutivas, a estrutura tradicional de grãos colunares foi transformada com sucesso em uma estrutura uniforme de grãos quase equiaxiais. Por meio de técnicas avançadas de análise microestrutural, constatou-se que essa estrutura única apresenta padrões distintos de movimento de discordâncias durante a deformação: não apenas ocorre escorregamento planar, mas também se formam paredes de discordâncias de alta densidade e estruturas especiais de bloqueio de discordâncias. A interação sinérgica desses mecanismos microestruturais confere ao material tanto excelente resistência quanto ductilidade.
Notavelmente, as zonas de grãos finos entre camadas formadas durante a impressão não apenas não enfraqueceram o desempenho, como o melhoraram. Os resultados dos testes demonstram que essa estrutura cristalina otimizada e próxima de equiaxial apresenta excelentes propriedades mecânicas em uma ampla faixa de temperaturas, desde a temperatura ambiente até altas temperaturas. Essa descoberta fornece novas perspectivas de processos para a fabricação aditiva de alto desempenho de componentes críticos na indústria aeroespacial e outras áreas, mostrando amplas perspectivas de aplicação.
Link do artigo ：
[1] https://doi.org/21663831.2025.2476174
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