Срочные новости! Совместный успех Enigma и Университета Нова в Лиссабоне: оптимизация траектории улучшает характеристики при комнатной и высокой температуре для инконел 625, полученного методом дуговой аддитивной обработки.

Как новая технология аддитивного производства, DED (прямой электрический разряд) показала уникальные преимущества при изготовлении сплава Inconel 625 благодаря своей высокой эффективности, низкой стоимости и возможностям крупногабаритного формования. Однако традиционный процесс DED часто приводит к образованию колончатой кристаллической структуры с чётко выраженной ориентацией <001>, что делает достижение идеального сочетания прочности и пластичности материала сложной задачей.

I. Исследовательский контекст и значение

Недавние исследования показали, что увеличение плотности линейной энергии (LED) может эффективно улучшить свойства сплава Inconel 625 путем преобразования столбчатых зерен в близкие к равноосным; однако конкретный механизм влияния переключения траектории печати остается неясным. Кроме того, уникальные характеристики межслойных поверхностей в аддитивном производстве значительно влияют на механические свойства материалов, особенно при высоких температурах, где они могут привести к концентрации деформации на границах и преждевременному разрушению. Поэтому исследование механизмов влияния межслойных поверхностей при различных температурах представляет большую ценность для оптимизации процессов и повышения эксплуатационных характеристик материалов .

На основании вышеизложенного контекста исследований Enigma сотрудничала с командой из Technology и Университетом Нова в Лиссабоне в Португалии опубликовали свои последние научные результаты в издании Materials Research Letters под названием “ Повышенные механические свойства и механизм деформации с использованием переключения печатающей головки DED Inconel 625 , систематически исследуя влияние проектирования траектории печати на микроструктуру материала и его механические свойства.

Источник [1]

II. Экспериментальные методы

В данном исследовании для изготовления образцов из сплава Inconel 625 в защитной атмосфере смешанного газа, состоящей из 70 % Ar и 30 % He, использовалась технология DED с применением процесса Cold Metal Transfer (CMT). Для обеспечения достоверности экспериментальных результатов исследовательская группа оптимизировала ключевые параметры технологического процесса: ток 116 А, скорость подачи проволоки 4,6 м/мин и линейную плотность энергии 140 Дж/мм. Для подготовки цилиндрических образцов диаметром 50 мм и длиной 100 мм была принята стратегия траектории с поворотом на 90° между слоями.

Источник [1]

Для комплексной характеристики свойств материала был применен многоуровневый метод анализа : эволюция микроструктуры анализировалась с использованием систем XRD, OM, SEM-EBSD и TEM; механические свойства оценивались с помощью испытаний на микротвердость и растяжение при комнатной температуре и высоких температурах (400–850°C).

III. Результаты и обсуждение

3.1 Характеристики микроструктуры

Анализ микроструктуры выявил значительное влияние дизайна печатающего пути. По сравнению с традиционными образцами с путем 0°, образцы, подготовленные с использованием переключения пути на 90°, обладали уникальными почти изотропными кристаллическими характеристиками: средняя длина зерен составила 527 ± 5 мкм, ширина — 172 ± 7 мкм (соотношение сторон 3,06), а также формировались мелкозернистые области (37 ± 2 мкм) на границах слоев. Анализ XRD подтвердил, что образцы обладают однофазной кубической гранецентрированной структурой.

Источник [1]

Исследования подтвердили, что высокая мощность ЛПД в сочетании с переключением траектории позволяет эффективно снизить градиент температуры расплавленной ванны, подавить эпитаксиальный рост столбчатых кристаллов и способствовать формированию равноосных кристаллов за счет увеличения глубины повторного плавления и обеспечения новых мест зародышеобразования, что оптимизирует микроструктуру материала . Такое сочетание процессов обеспечивает эффективное средство реализации перехода от столбчатых к равноосным кристаллам

3.2 Механические свойства при комнатной температуре

Испытания механических свойств при комнатной температуре показывают, что Образцы Inconel 625, изготовленные с использованием траектории печати 90°, обладают отличным сочетанием прочности и пластичности, с пределом текучести 401 ± 12 МПа, пределом прочности при растяжении 724 ± 5 МПа и удлинением 57 ± 5% материал демонстрирует типичное трехстадийное поведение при деформационном упрочнении, особенно проявляя повышенную способность к деформационному упрочнению в диапазоне деформации 8–25%, что приводит к высокому значению произведения пластичности и прочности 41,3 ГПа*%, значительно превосходя традиционные горячекатаные сплавы (32,1 ГПа*%).

Источник [1]

Анализ микроструктуры показывает, что образцы близкие по форме к равноосным обладают более крупными размерами зерен (232 ± 16 мкм против < 130 мкм у горячекатаных образцов), а их превосходные характеристики в основном обусловлены двумя факторами: во-первых, ключевой ролью упрочнения дислокациями, и во-вторых, уникальным механизмом деформации. Микроскопический анализ выявил, что при деформации материал образует стенки с высокой плотностью дислокаций и структуры блокировки дислокаций. Эти микроструктурные особенности эффективно предотвращают движение дислокаций, тем самым повышая прочность материала . Более того, на границах между слоями не наблюдалось концентрации напряжений, и разрушение всегда происходило по границам зерен, что подтверждает: интерфейсы, образованные печатным путем, не влияют на эксплуатационные характеристики материала . Именно это уникальное движение дислокаций в сочетании с неповрежденными границами раздела и обеспечивает выдающиеся комплексные свойства материала.

3.3 Механические свойства при высоких температурах

Испытания механических свойств при высоких температурах показали отличную адаптацию к высоким температурам сплава Inconel 625 с близкой к изотропной структурой Исследования показывают, что в широком диапазоне температур 400–850°C прочностные характеристики этого материала постоянно превосходят характеристики традиционных литых сплавов. Стоит отметить, что его относительное удлинение остается на более высоком уровне ниже 700 °C, с лишь незначительным снижением после превышения 700 °C. Посредством анализа морфологии излома исследование зафиксировало четкие переходы температурозависимого поведения излома: при 600 °C излом демонстрировал типичные характеристики межкристаллитного пластического излома, поверхность излома показывала равномерно распределенные мелкие пластические ямки; между 750 °C и 800 °C режим излома переходит к межкристаллитному излому, демонстрируя четкие характеристики хрупкого излома; когда температура достигает 850 °C, поверхность излома демонстрирует смешанные характеристики излома с наличием как пластических ямок, так и плоскостей хрупкого излома.

Источник [1]

Iv. заключение

Это исследование демонстрирует ключевое влияние проектирования траектории печати на микроструктуру и свойства сплава Inconel 625. Используя стратегию печати с высоким энергетическим входом в сочетании с поворотом слоя на 90°, удалось успешно преобразовать традиционную столбчатую зернистую структуру в однородную почти равноосную зернистую структуру. С помощью современных методов анализа микроструктуры было установлено, что эта уникальная структура демонстрирует специфические режимы движения дислокаций во время деформации: помимо плоскостного скольжения образуются стенки дислокаций высокой плотности и особые структуры блокировки дислокаций. Синергетическое взаимодействие этих микроструктурных механизмов обеспечивает материалу как превосходную прочность, так и пластичность.

Примечательно, что зоны мелкозернистой структуры между слоями, возникшие в процессе печати, не только не ухудшили характеристики материала, но даже повысили его свойства. Результаты испытаний показывают, что эта оптимизированная близкая к равноосной кристаллическая структура обладает превосходными механическими свойствами в широком диапазоне температур — от комнатной до высокой. Это открытие обеспечивает новые технологические перспективы для высокопроизводительного аддитивного производства критически важных компонентов в аэрокосмической отрасли и других областях, демонстрируя широкие перспективы применения.

Ссылка на статью：

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