Știre de ultimă oră! Realizare comună de la Enigma și Universitatea NOVA din Lisabona: Optimizarea traseului îmbunătățește performanțele la temperatură ambientală și la temperatură ridicată ale aliajului Inconel 625 realizat prin adiție cu arc electric.

Ca o tehnologie emergentă de fabricație aditivă, DED (Direct Electric Discharge) a demonstrat avantaje unice în fabricarea aliajului Inconel 625 datorită eficienței ridicate, costurilor reduse și capacității de formare la scară largă. Cu toate acestea, procesul tradițional DED conduce adesea la o structură cristalină columnară cu o orientare distinctă <001>, ceea ce face dificilă obținerea atât a unei rezistențe, cât și a unei ductilități ideale în material.

I. Contextul și importanța cercetării

Studiile recente au constatat că mărirea densității energetice a liniei (LED) poate îmbunătăți eficient performanța aliajului Inconel 625 prin transformarea granulelor columnare în granule aproape echiaxe; totuși, mecanismul specific al rolului comutării traseului de imprimare rămâne neclar. În plus, caracteristicile unice ale interfeței dintre straturi din cadrul fabricației aditive influențează semnificativ proprietățile mecanice ale materialelor, în special la temperaturi ridicate, unde pot duce la concentrarea tensiunilor la nivelul interfeței și la eșec prematur. Prin urmare, investigarea mecanismelor de influență ale interfețelor dintre straturi la diferite temperaturi are o valoare mare pentru optimizarea proceselor și pentru îmbunătățirea performanței materialelor .

Pe baza contextului cercetării menționate anterior, Enigma a colaborat cu o echipă din partea companiei Technology and NOVA University Lisbon din Portugalia pentru a publica cele mai recente descoperiri privind cercetarea lor în Materials Research Letters intitulată „ Proprietăți mecanice îmbunătățite și mecanism de deformare s în DED Inconel 625 prin comutarea traseului de imprimare , explorând sistematic influența designului traseului de imprimare asupra microstructurii materialului și a proprietăților mecanice.

Sursa [1]

II. Metode experimentale

Această cercetare a utilizat tehnologia DED Cold Metal Transfer (CMT) pentru a fabrica eșantioane din aliajul Inconel 625 într-o atmosferă protectorie de gaz mixt 70% Ar + 30% He. Pentru a asigura fiabilitatea rezultatelor experimentale, echipa de cercetare a optimizat parametrii principali ai procesului: curent 116 A, viteză de alimentare a sârmei 4,6 m/min și densitatea energetică liniară 140 J/mm. S-a adoptat o strategie de traseu cu rotație de 90° între straturi pentru prepararea probelor cilindrice cu diametrul de 50 mm și lungimea de 100 mm.

Sursa [1]

Pentru a caracteriza în mod cuprinzător proprietățile materialului, s-a adoptat o metodă de analiză multi-scară : evoluția microstructurală a fost analizată utilizând sisteme XRD, OM, SEM-EBSD și TEM; proprietățile mecanice au fost evaluate prin teste de microduritate și experimente de tracțiune la temperatură ambientală și temperaturi înalte (400-850°C).

III. Rezultate și discuții

3.1 Caracteristici microstructurale

Analiza microstructurală a relevat influența semnificativă a designului traseului de imprimare. În comparație cu eșantioanele cu traseu tradițional de 0°, eșantioanele realizate utilizând comutarea traseului de 90° au prezentat caracteristici cristaline aproape izotrope unice: lungimea medie a granulelor a fost de 527 ± 5 μm, lățimea de 172 ± 7 μm (raport de aspect 3,06), iar regiuni cu granulație fină (37 ± 2 μm) s-au format la interfețele straturilor. Analiza XRD a confirmat că eșantioanele prezintă o structură cubică centrată pe față monofazică.

Sursa [1]

Cercetările au confirmat că lED ridicat combinat cu comutarea traseului poate reduce eficient gradientul de temperatură al băii metalice, poate suprima creșterea epitaxială a cristalelor coloană și poate favoriza formarea cristalelor echiaxe prin adâncirea zonei de refuzionare și oferirea unor noi situri de nucleere, optimizând astfel microstructura materialului această combinație de procese oferă un mijloc eficient de a realiza transformarea de la cristale coloană la cristale echiaxe.

3.2 Proprietăți mecanice la temperatură ambiantă

Testele privind proprietățile mecanice la temperatură ambiantă indică faptul că Probele Inconel 625 realizate utilizând un traseu de imprimare de 90° prezintă o potrivire excelentă între rezistență și ductilitate, având o limită de curgere de 401 ± 12 MPa, rezistență la tracțiune de 724 ± 5 MPa și alungire de 57 ± 5% materialul prezintă un comportament tipic de ecruisare în trei etape, demonstrând în special o capacitate îmbunătățită de ecruisare în intervalul de deformație 8–25%, rezultând într-un produs plasticitate-rezistență ridicat de 41,3 GPa*%, depășind semnificativ aliajele tradiționale laminate la cald (32,1 GPa*%).

Sursa [1]

Analiza microstructurală relevă faptul că probele aproape echiaxe au dimensiuni mai mari ale grauntilor (232 ± 16 μm față de probele laminate la cald < 130 μm), iar performanțele lor superioare provin în principal din două factori: în primul rând, rolul esențial al întăririi prin dislocații, iar în al doilea rând, un mecanism unic de deformare. Analiza microscopică a relevat faptul că în timpul deformării, materialul formează pereți de dislocații de înaltă densitate și structuri de blocare a dislocațiilor. Aceste caracteristici microstructurale previn eficient mișcarea dislocațiilor, contribuind astfel la creșterea rezistenței materialului . Mai important, nu s-a observat nicio concentrare de tensiune la interfețele dintre straturi, și fisura a apărut întotdeauna în interiorul limitelor de grăunte, confirmând faptul că interfețele formate de calea de imprimare nu afectează performanța materialului . Este tocmai această mișcare unică a dislocațiilor, combinată cu interfețe intacte, care împreună conferă materialului proprietăți complexe remarcabile.

3.3 Proprietăți mecanice la temperatură ridicată

Testele privind proprietățile mecanice la temperatură ridicată au relevat adaptabilitatea excelentă la temperaturi înalte a aliajului Inconel 625 aproape izotrop. Cercetările arată că, în intervalul larg de temperatură de 400–850°C, proprietățile de rezistență ale acestui material depășesc constant pe cele ale aliajelor turnate tradiționale. Remarcabil, alungirea sa rămâne la un nivel mai ridicat sub 700°C, cu o ușoară scădere observată doar după depășirea valorii de 700°C. Prin analiza morfologiei fracturii, studiul a observat tranziții distincte ale comportamentului de rupere dependente de temperatură: la 600°C, fractura a prezentat caracteristici tipice ale unei ruperi ductile intercristaline, suprafața de rupere arătând dimples ductile superficiale uniform distribuite; între 750°C și 800°C, modul de rupere se transformă într-o fractură intercristalină, prezentând caracteristici clare de rupere fragilă; atunci când temperatura atinge 850°C, suprafața de rupere prezintă o caracteristică mixtă, cu ambele elemente: dimples ductile și planuri de rupere fragilă.

Sursa [1]

Iv. concluzia

Această cercetare relevă influența esențială a designului traseului de imprimare asupra microstructurii și proprietăților aliajului Inconel 625. Prin utilizarea unei strategii de imprimare cu intrare mare de energie, combinată cu o rotație de 90° între straturi, structura tradițională de grăunți coloanari a fost transformată cu succes într-o structură uniformă aproape echiaxă. Prin tehnici avansate de analiză microstructurală, s-a constatat că această structură unică prezintă patternuri distincte de mișcare a dislocațiilor în timpul deformării: nu are loc doar alunecare planară, ci se formează și pereți de dislocații de înaltă densitate, precum și structuri speciale de blocare a dislocațiilor. Interacțiunea sinergică dintre aceste mecanisme microstructurale conferă materialului atât o rezistență excelentă, cât și ductilitate.

Remarcabil este faptul că zonele cu grăunți fini formate între straturi în timpul imprimării nu au slăbit performanțele, ci le-au îmbunătățit. Rezultatele testelor demonstrează că această structură cristalină optimizată, aproape echiaxială, prezintă proprietăți mecanice remarcabile pe un interval larg de temperaturi, de la temperatura camerei până la temperaturi înalte. Această descoperire oferă noi perspective privind procesul de fabricație aditivă de înaltă performanță a componentelor critice din industria aerospațială și alte domenii, demonstrând perspective ample de aplicație.

Link către articol ：

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