Sensationella nyheter! Gemensamt uppnådda av Enigma och NOVA University Lisbon: Banförbättring optimerar rumstemperatur- och högtemperaturprestanda för additivt tillverkat Inconel 625.

Som en ny tillverkningsmetod inom additiv tillverkning har DED (Direct Electric Discharge) visat unika fördelar vid tillverkning av Inconel 625-legering på grund av sin höga effektivitet, låga kostnader och möjlighet till storskalig formning. Den traditionella DED-processen resulterar dock ofta i en kolonnartad kristallstruktur med en tydlig <001>-orientering, vilket gör det svårt att uppnå både ideal hållfasthet och duktilitet i materialet.

I. Forskningsbakgrund och betydelse

Nyligen studier har visat att ökad linjär energitäthet (LED) effektivt kan förbättra prestandan hos Inconel 625-legering genom att omvandla kolonnformade korn till nästan lika stora korn. Mekanismen bakom växlingen av utskriftsbana är dock fortfarande oklar. Dessutom påverkar de unika mellanlagergränserna i additiv tillverkning materialens mekaniska egenskaper markant, särskilt vid höga temperaturer där de kan leda till koncentration av töjning vid gränssnitten och därmed tidigare brott. att undersöka påverkningsmekanismer från mellanlagergränser vid olika temperaturer har stor vikt för att optimera processer och förbättra materialegenskaper .

Utgående från den ovan nämnda forskningsbakgrunden Enigma samarbetade med ett team från Teknologi och NOVA University Lisbon i Portugal för att publicera sina senaste forskningsresultat i Materials Research Letters med titeln “ Förbättrade mekaniska egenskaper och deformationsmekanism s i DED Inconel 625 via växling av utskriftsbana ," systematiskt undersöker inflytandet av tryckväsdesign på materialmikrostruktur och mekaniska egenskaper.

Källa [1]

II. Experimentella metoder

Denna studie använde Cold Metal Transfer (CMT) DED-teknik för att tillverka prov av legeringen Inconel 625 under en skyddande atmosfär av 70 % Ar + 30 % He blandad gas. För att säkerställa att experimentalresultaten var tillförlitliga optimerade forskningsteamet de viktigaste processparametrarna: ström 116 A, trådtillförselshastighet 4,6 m/min och linjär energitäthet 140 J/mm. En lagerpå-lager 90° rotationsvägsstrategi användes för att förbereda cylindriska prov med en diameter på 50 mm och en längd på 100 mm.

Källa [1]

För att omfattande karaktärisera materialegenskaperna användes en multiskalanalysmetod : mikrostrukturell utveckling analyserades med hjälp av XRD, OM, SEM-EBSD och TEM-system; mekaniska egenskaper bedömdes genom mikrohårdhetstester och dragprov vid rumstemperatur och höga temperaturer (400-850°C).

III. Resultat och diskussion

3.1 Mikrostruktura egenskaper

Mikrostrukturanalys visade den betydande påverkan av designen av trycksökvägen. Jämfört med traditionella 0°-sökvägsprover uppvisade proverna som tillverkats med 90°-sökvägsväxling unika nästan-isotropa kristallegenskaper: den genomsnittliga kornlängden var 527 ± 5 μm, bredden var 172 ± 7 μm (aspect ratio 3,06), och fin-korniga områden (37 ± 2 μm) bildades vid lagergränssnitten. XRD-analys bekräftade att proverna uppvisar en enda fas kubisk centralsymmetrisk struktur.

Källa [1]

Forskning har bekräftat att hög LED tillsammans med vägbyte kan effektivt minska temperaturgradienten i smältan, undertrycka epitaxiell tillväxt av kolonnkristaller och främja bildning av likformiga kristaller genom att öka omeltningsdjupet och erbjuda nya nukleeringsplatser, vilket optimerar materialets mikrostruktur . Denna kombinerade process utgör en effektiv metod för att uppnå övergång från kolonnkristaller till likformiga kristaller.

3.2 Mekaniska egenskaper vid rumstemperatur

Mekaniska prov vid rumstemperatur visar att Inconel 625-prover som tillverkats med ett 90°-skrivningsväg mönster visar utmärkt dragstyvhet och duktilitet, med en sträckgräns på 401 ± 12 MPa, brottgräns på 724 ± 5 MPa och en förlängning på 57 ± 5% materialet visar typiskt trefasigt förhårdningsbeteende, särskilt ökad förhårdningsförmåga i töjningsintervallet 8–25 %, vilket resulterar i ett högt plasticitets-styrkprodukt på 41,3 GPa*%, vilket klart överträffar traditionella varmvalsade legeringar (32,1 GPa*%).

Källa [1]

Mikrostrukturanalys visar att nästan likvärdiga prov visar större kornstorlek (232 ± 16 μm jämfört med varmvalsade prov < 130 μm), och deras överlägsna prestanda härrör främst från två faktorer: för det första, den avgörande rollen av dislokationshärdning, och för det andra en unik deformationsmekanism. Mikroskopiska analyser visade att materialet bildar täta dislokationsväggar och dislokationslåsstrukturer under deformation. Dessa mikrostrukturella egenskaper förhindrar effektivt dislokationsrörelse, vilket ökar materialstyrkan . Viktigare är att ingen spänningskoncentration observerades vid gränssnitten mellan lager, och brottet inträffade alltid inom korngränserna, vilket bekräftar att gränssnitten som bildas av tryckvägen inte påverkar materialets prestanda . Det är denna unika dislokationsrörelse kombinerad med oskadade gränssnitt som tillsammans ger materialet dessastående komplexa egenskaper.

3.3 Mekaniska egenskaper vid hög temperatur

Mätningar av mekaniska egenskaper vid hög temperatur har visat att nästan isotop-legeringen Inconel 625 har utmärkt anpassningsförmåga vid höga temperaturer. Forskningen visar att inom det breda temperaturintervallet 400–850 °C överträffar detta materials styrkeegenskaper traditionella gjutlegeringars egenskaper. Notabelt är att dess förlängning förblir på en högre nivå under 700°C, med endast en liten minskning som observeras efter att temperaturen överskrider 700°C. Genom analys av bruchtmorfologin observerade studien tydliga temperaturberoende övergångar i bruchtbeteende: vid 600°C uppvisade bruchten typiska karaktäristika för intergranulär duktil brott, där bruchtytan visade jämnt fördelade, grunda duktila dimples; mellan 750°C och 800°C övergår bruchtläget till intergranulär brott, med tydliga kännetecken för sprödbristning; när temperaturen når 850°C uppvisar bruchtytan en blandad brottkaraktäristik med både duktila dimples och spröda brottytor.

Källa [1]

Iv. slutsats

Denna studie visar den kritiska påverkan som utskriftsmönstrets design har på mikrostruktur och egenskaper hos Inconel 625-legering. Genom att använda en utskriftsstrategi med hög energitillförsel kombinerad med en 90° rotation mellan lager, lyckades man omvandla den traditionella kolonnartade kornstrukturen till en enhetlig nästan likvärdig kornstruktur. Genom avancerade mikrostrukturanalysetekniker upptäckte man att denna unika struktur uppvisar distinkta dislokationsrörelsemönster under deformation: inte bara planär glidning sker, utan också högdensitets dislokationsväggar och speciella dislokationslåsstrukturer bildas. Den synergistiska interaktionen mellan dessa mikrostrukturmekanismer ger materialet både utmärkt hållfasthet och duktilitet.

Anmärkningsvärt är att de finakornsområden mellan lagren som bildades under utskriften inte försvagade prestandan, utan faktiskt förbättrade den. Testresultat visar att denna optimerade nästan likvärdiga kristallstruktur uppvisar utmärkta mekaniska egenskaper över ett brett temperaturintervall, från rumstemperatur till höga temperaturer. Denna upptäckt ger nya processinsikter för högpresterande additiv tillverkning av kritiska komponenter inom flygindustrin och andra områden, vilket visar på breda applikationsutsikter.

Länk till artikel ：

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