Најновије вести! Заједнички успех Енигме и Универзитета Нова у Лисабону: Оптимизација пута побољшава перформансе Инконел 625 на собној и високој температури.

Kao nova tehnologija aditivne proizvodnje, DED (Direktna električna iskra) pokazala je jedinstvene prednosti u proizvodnji legure Inconel 625 zbog svoje visoke efikasnosti, niske cene i mogućnosti velikoserijske proizvodnje. Međutim, tradicionalni DED proces često rezultira stubičastom kristalnom strukturom sa izraženom <001> orijentacijom, što otežava postizanje idealne čvrstoće i duktilnosti materijala.

I. Istraživačka osnova i značaj

Недавна истраживања су показала да повећање густине енергије линије (LED) може ефективно побољшати перформансе легуре Inconel 625 трансфоришући колоне зrna у скоро равноосна зрна; међутим, специфични механизам улоге пребацивања путање штампања остаје нејасан. Поред тога, јединствена карактеристика интерфејса између слојева код адитивне производње значајно утиче на механичка својства материјала, посебно на високим температурама, где може довести до концентрације деформација на интерфејсу и прематурног квара. Стога, испитивање утицајних механизама интерслојних интерфејса на различитим температурама има велику вредност за оптимизацију процеса и побољшање перформанси материјала .

На основу наведеног истраживачког контекста, Enigma je sarađivala sa timom iz oblasti tehnologije i NOVA Универзитет Лисабона у Португалу да објаве најновије научне налазе у часопису Materials Research Letters под називом “ Poboljšana mehanička svojstva i mehanizam deformacije s у DED Inconel 625 путем промене пута штампања , систематски истражује утицај дизајна путање штампања на микроструктуру материјала и механичка својства.

Извор [1]

II. Експерименталне методе

У овој студији је коришћена технологија DED са хладним металним преносом (CMT) за израду узорака легуре Inconel 625 у заштитној атмосфери мешавине гасова од 70% Ar + 30% He. Како би се осигурала поузданост експерименталних резултата, тим истраживача је оптимизовао кључне параметре процеса: струја 116 A, брзина довода жице 4,6 m/min и линеарна густина енергије 140 J/mm. Стратегија путање са ротацијом од 90° слој по слој је коришћена за припрему цилиндричних узорака пречника 50 mm и дужине 100 mm.

Извор [1]

За свеобухватну карактеризацију својстава материјала, коришћена је метода анализе на више скала : микроструктурна еволуција је анализирана помоћу XRD, OM, SEM-EBSD и TEM система; механичка својства су процењена коришћењем тестова микро тврдоће и истезања на собној температури и високим температурама (400-850°C).

III. Резултати и дискусија

3.1 Карактеристике микроструктуре

Анализа микроструктуре је показала значајан утицај дизајна путање штампања. У поређењу са традиционалним узорцима путање 0°, узорци који су направљени коришћењем путање 90° су показали јединствене карактеристике близу изотропних кристала: просечна дужина зрна је била 527 ± 5 μm, ширина 172 ± 7 μm (однос дужине и ширине 3,06), а области финог зрна (37 ± 2 μm) су формиране на интерфејсima слојева. Анализа XRD-ом је потврдила да узорци имају једнофазну структуру са центром лица кубичне структуре.

Извор [1]

Истраживања су потврдила да високи LED у комбинацији са пребацивањем путање може ефективно да смањи градијент температуре луже, сузбије епитаксијални раст стубних кристала и подстакне формирање равноосних кристала повећавајући дубину поновног топљења и обезбеђујући нове нуклеационе тачке, чиме се оптимизује микроструктура материјала . Ова комбинација процеса пружа ефективан начин за постизање трансформације из стубних у равноосне кристале.

3.2 Механичка својства на собној температури

Испитивања механичких својстава на собној температури указују да Inconel 625 узорци направљени коришћењем путање штампања од 90° поседују изврсно усклађивање чврстоће и пластичности, са границом течења од 401 ± 12 MPa, чврстоћом при затезању од 724 ± 5 MPa и истезањем од 57 ± 5% .Materijal pokazuje tipično ponašanje u tri faze očvršćivanja pri deformaciji, posebno izraženu sposobnost očvršćivanja u opsegu deformacije od 8–25%, što rezultira visokim proizvodom duktilnosti i čvrstoće od 41,3 GPa*%, znatno bolje u poređenju sa tradicionalnim valjanim legurama (32,1 GPa*%).

Извор [1]

Analiza mikrostrukture otkriva da uzorci blizu jednakih zrna imaju veće veličine zrna (232 ± 16 μm u odnosu na valjane uzorke < 130 μm), a njihova superiorna svojstva proističu prvenstveno iz dva faktora: prvo, ključna uloga jačanja dislokacijama, i drugo, jedinstveni mehanizam deformacije. Mikroskopska analiza je otkrila da se tokom deformacije u materijalu formiraju zidovi visoke gustine dislokacija i strukture zaključavanja dislokacija. Ove mikrostrukturalne karakteristike efikasno sprečavaju kretanje dislokacija, čime se povećava čvrstoća materijala . Važnije je da nije primećena koncentracija napona na međuslojnim interfejsima, a pucanje je uvek nastajalo unutar granica zrna, što potvrđuje da interfejsi formirani putanjom štampanja ne utiču na performanse materijala . Upotreba ovog jedinstvenog kretanja dislokacija u kombinaciji sa neoštećenim interfejsima zajednički obezbeđuje izuzetna kompleksna svojstva materijala.

3.3 Mehanička svojstva pri visokoj temperaturi

Ispitivanje mehaničkih svojstava pri visokoj temperaturi otkrilo je izvrsnu otpornost legure Inconel 625 blizu izotropske legure na visokoj temperaturi. Istraživanja pokazuju da u širokom temperaturnom opsegu od 400–850°C čvrstoća ovog materijala dosledno nadmašuje čvrstoću konvencionalnih livenih legura. Napomena, njegova elongacija ostaje na višем nivou ispod 700°C, sa tek blagim opadanjem nakon prelaska 700°C. Analizom morfologije loma, studija je utvrdila izražene temperaturno-zavisne tranzicije ponašanja pri lomu: na 600°C, lom je pokazivao tipične karakteristike interkristalnog duktilnog loma, dok je površina loma imala ravnomerno raspoređene plitke duktilne jame; između 750°C i 800°C, režim loma prelazi u interkristalni lom, pri čemu se izražavaju karakteristične osobine krto loma; kada temperatura dostigne 850°C, površina loma pokazuje mešovite karakteristike loma, sa prisustvom duktilnih jama i ravnih površina krto loma.

Извор [1]

IV. Zaključak

Ova studija otkriva kritičan uticaj dizajna putanje štampanja na mikrostrukturu i svojstva legure Inconel 625. Primenom strategije štampanja sa visokim ulaznim energijama u kombinaciji sa rotacijom slojeva od 90°, tradicionalna kolonarna struktura zrna uspešno je transformisana u uniformnu skoro izoaksijalnu strukturu zrna. Kroz napredne tehnike analize mikrostrukture utvrđeno je da ova jedinstvena struktura tokom deformacije pokazuje karakteristične obrasce kretanja dislokacija: ne dešava se samo planarno klizanje, već se formiraju i zidovi gustih dislokacija i specifične strukture zaključavanja dislokacija. Sinergetsko delovanje ovih mikrostrukturnih mehanizama obezbeđuje materijalu izuzetnu čvrstoću i duktilnost.

Napomenuto je da zone sitnih zrna između slojeva koje se formiraju tokom štampanja nisu oslabile svojstva, već su ih zapravo poboljšale. Резултати тестова показују да ова оптимизована близу равноосна кристална структура поседује изузетна механичка својства у широком температурном опсегу, од собне температуре до високих температура. Ово откриће пружа нова сазнања о процесима висококвалитетне адитивне производње критичних компонената у авионаутици и другим областима, што указује на значајне примене у будућности.

Веза ка раду：

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