Велика вест! Заједно достигнуће Енигме, Нанкиншког универзитета за науку и технологију и Универзитета у Лисабону: Биомиметичке зубрежене структуре повећавају синергијску чврстоћу и гнусност ЦМТ-ВААМ Инцонела 625.

Традиционално, Инконел 625 који производи ЦМТ-ВААМ често пати од изазова као што су неједнаквите микроструктуре, локализована концентрација напетости и тешкоћа у истовремено постизању високе чврстоће и добре дугативности. Да би се решио овај изазов, тим из Нанкиншког универзитета за науку и технологију предложио је биомиметичку стратегију пројектовања зубљивих структура. Синергистички контролишући геометријску структуру и микроструктурне карактеристике, овај приступ побољшава перформансе материјала да би се равномерно прилагодила деформација.

На основу горе наведене истраживачке позадине, тим из Нанкинга Универзитета за науку и технологију, заједно са партнерима, укључујући Универзитет у Лисабону (Португалија) и Енигма, објавио је најновији истраживачки рад под називом Појачање синергије чврстоће и д https://doi.org/10.1016/j.msea.2026.150464)). У овом раду, др Шен Џиаџија и магистарски студент Хан Јанџун са Школе за науку и инжењерство материјала на Универзитету за науку и технологију у Нанкину су ко-први аутори; Професори Ванг Кехонг, Чанг Јонг (такође из исте Ова студија систематски разјашњава механизам којим био-инспирисана зигзагова хетероструктура повећава синергију чврстоће-дуктилности ЦМТ-ВААМ Инцонела 625.

1.Постојање и значај истраживања

CMT-WAAM комбинује низак улаз топлоте од процеса хладног преноса метала са високом ефикасношћу депозиције WAAM-а, што га чини идеалним за брзу производњу металних компоненти великих размера. За легуре на бази никла као што је Инконел 625, ова технологија нуди значајне предности у побољшању ефикасности производње и смањењу производних трошкова.

Међутим, у стварној производњи, вишеструки топлотни циклуси током процеса депозиције, преплављења међуслоја и планирања пута заједно утичу на морфологију зрна, кристалографску оријентацију и локалну дистрибуцију стреса / стреса. Поуздање само на конвенционалну оптимизацију параметара процеса често отежава постизање истовремено високе чврстоће и високе дугалности. Стога је активно регулисање и контрола понашања деформације материјала путем микроструктурног дизајна постао важан приступ побољшању укупне перформанси легова произведеног у WAAM-у.

Хијерархијске структуре у природи, као што су шкољке, кости и запечени интерфејс, често постижу одличну толеранцију на оштећење механизмима као што су "геометријско затварање, раздвајање напетости и дефикција пукотина". Инспирисан од ове биомиметичке филозофије дизајна, ова студија конструише зигзаг архитектуру у ЦМТ-ВААМ Инцонел 625, пружајући нови микроструктурни приступ дизајна за истовремено побољшање чврстоће и дугалности адитивно произведених легура.

Слика 1: Схема био-инспирисаног концепта дизајна зигзаг структуре

2, Детаљи експеримента

У овој студији, примероци легуре Инцонел 625 су депонирани путем ЦМТ-ВААМ процеса, а запечена структура са просторским таласима изграђена је путем планирања алата. Ова стратегија елиминише једноставан раван интерфејс веза између интерлајера, уместо тога формирајући контролишуће структурне јединице на макроскопском геометријском и микроскопском структурном нивоу.

Да би се свеобухватно открио утицај структурног дизајна на микроструктуру и карактеристике легуре Инцонел625, ова студија користи мултискални приступ карактеризације: микроструктурна еволуција се анализира помоћу техника као што су оптичка микроскопија, скенирање електронске микроскопије и дифрак

Слика 2: Стратегија депозита

3, Резултати и дискусија

3.1 Изградња био-инспириране зигзаговог структуре

У поређењу са конвенционалним директним путевима или унифорним слојеним структурама, зигзакова структура уводе периодичне окрете и интерфејсне таласе у геометрији, стварајући регије са различитим локалним деформационим одговорима унутар материјала. Под натезањем на тежак, међусобна ограничења и кооперативна деформација се јављају између ових различитих подручја, чиме се помаже да се локалне концентрације натеза распрсе.

Кључ овог конструктивног дизајна лежи не само у промену путања одлагања, већ у заједничком регулисању режима деформације кроз микроструктурне варијације и геометријске таласе изазване путњем. На тај начин, материјал може постићи стабилизирано понашање за тврдоће рада, задржавајући своју укупну снагу носења.

3.2 Микроструктурне карактеристике

Микроструктурна анализа открива да улаз топлоте, преплављење између слојева и варијације пута током ЦМТ-ВААМ процеса колективно утичу на морфологију зрна и локалну микроструктурну дистрибуцију. Микроструктурне разлике у зигзако-структурисаним регијама пружају основу за деформацију, омогућавајући богатеше поделе напетости и понашање акумулације дислокације током процеса деформације.

Вреди напоменути да зигзакова структура не подразумева увођење слабих интерфејса. Правилно дизајниран зигзаг интерфејс може побољшати способност преноса оптерећења кроз геометријско затварање и микроструктурну континуитет, чиме се смањује ризик од прераног неуспеха на интерфејсу.

Слика 3: Схема микроструктурних карактеристика у био-инспирирани зигзаг структури

3.3 Механичка својства на собној температури

Тестирања механичких својстава показују да био-инспирисана зигзакова структура ефикасно побољшава синергију чврстоће и дјуктилности ЦМТ-ВААМ Инцонела 625. У поређењу са конвенционалном униформен структуром, зигзакова структура одлажи пластичну нестабилност кроз побољшану координацију локалног напета и способност за тврдоће рада, чиме се постижу супериорна механичка својства.

Синергично побољшање чврстоће и пластичности је основно наглашење ове студије. Током деформације на тежењу, зигзакова структура може променити пут еволуције деформације, омогућавајући различитим регионима у материјалу да заједнички учествују у пластичној деформацији, чиме се избегава прерано концентрисање оштећења у локалним подручјима.

Слика 4: Синергично повећање чврстоће и дюктилитета у ЦМТ-ВААМ Инцонел 625.

3.4 Механизам деформације

Анализа механизма показује да зигзакова структура може изазвати сложенију локалну расподелу напетости и промовисати кооперативну деформацију између меких и тврдих подручја у зигзачкој структури. Током деформације, међусобна ограничења се јављају између геометријски таласнијих подручја и суседних микроструктурних подручја, чиме се олакшава акумулација дислокације, јачање напетости и побољшана способност за оштрење рада.

Овај механизам омогућава материјалу да се више не ослања само на равномерну пластичну деформацију када је изложена спољашњем оптерећењу, већ да се прилагоди напетости кроз синергичну сарадњу више региона. Као резултат тога, материјал одржава добру дугативност док постиже повећану чврстоћу, пружајући важну основу за интегрисани дизајн структуре и својстава у легурима на бази никла CMT-WAAM.

Слика 5: Схема механизма био-инспириране зигзаговог структуре у регулисању деформације понашања

4, Закључак

Ова студија уводе биомиметички концепт конструктивног дизајна у производњу споја ЦМТ-ВААМ Инцонел 625 и предлаже нову стратегију за побољшање синергије између чврстоће и гнутости кроз зубчасту структуру. Ова стратегија се одваја од конвенционалног приступа који се ослања искључиво на оптимизацију параметара процеса, наглашавајући уместо тога активну контролу понашања деформације материјала путем дизајна структурних јединица.

Резултати истраживања указују на то да се запечена структура може побољшати локална расподела напетости, побољшати координисану способност деформације између различитих региона и повећати способност материјала за тврдоће. Овај механизам помаже у ублажавању заједничког проблема локалне концентрације напетости у адитивно израђеним легурама, чиме се постиже боља усаглашеност између чврстоће и пластичности.

Ово достигнуће не само да обогаћује истраживање механизама за тврдоћу легура на бази никла УААМ-а, већ такође пружа нове дизајнерске идеје и техничке референце за високо перформансну производњу адитивних уређаја за ваздухопловство, енергетску опрему и сложене металне компоненте великих размера

5, Папирна веза

Наслов рада:Појачање синергије чврстоће и дјуктилности у ЦМТ-ВААМ Инцонел 625 путем био-инспириране зигцаг хетероструктуре

Журнал:Материјал Сциенце & Инжењеринг А

Аутор:Ј.Ј. Хан, Ј.Ј. Шен, Б.Х. Џанг, С.Ј. Јуан, В. Донг, Ј. Ченг, Л.Л. Ву, Ј.П. Оливеира, Ј.Жанг, К.Х. Ванг

ДОИ:

https://doi.org/10.1016/j.msea.2026.150464