Свіжі новини! Спільне досягнення Enigma та Університету Нова в Лісабоні: оптимізація шляху покращує роботу при кімнатній та високій температурі додаткового дугового наплавлення Inconel 625.

Як нова технологія адитивного виробництва, DED (Direct Electric Discharge) продемонструвала унікальні переваги у виготовленні сплаву Inconel 625 завдяки своїй високій ефективності, низькій вартості та здатності до масового формування. Однак традиційний процес DED часто призводить до стовпчастої кристалічної структури з чіткою <001> орієнтацією, що ускладнює досягнення як ідеальної міцності, так і пластичності матеріалу.

I. Загальний огляд та актуальність дослідження

Останні дослідження показали, що підвищення лінійної густини енергії (LED) може ефективно покращити властивості сплаву Inconel 625 шляхом перетворення стовпчастих зерен на майже равноосьові зерна; однак конкретний механізм ролі перемикання траєкторії друку залишається невиясненим. Крім того, унікальні характеристики міжшарових інтерфейсів при адитивному виробництві суттєво впливають на механічні властивості матеріалу, особливо при високих температурах, де може виникати концентрація деформації на інтерфейсах та передчасне руйнування. Тому дослідження механізмів впливу міжшарових інтерфейсів при різних температурах має велике значення для оптимізації процесів та підвищення експлуатаційних характеристик матеріалів .

Виходячи з вищевикладеного контексту дослідження, Enigma співпрацювала з командою з Technology and NOVA University Lisbon у Португалії, щоб опублікувати свої останні наукові знахідки в Materials Research Letters під назвою " Покращені механічні властивості та механізм деформації шляхом перемикання траєкторії друку в DED Inconel 625 , систематично досліджуючи вплив проектування траєкторії друку на мікроструктуру матеріалу та його механічні властивості.

Джерело [1]

II. Експериментальні методи

У цьому дослідженні для виготовлення зразків сплаву Inconel 625 в захисній атмосфері суміші газів 70% Ar + 30% He використовувалася технологія DED з холодним металотрансфером (CMT). Щоб забезпечити достовірність експериментальних результатів, команда дослідників оптимізувала ключові параметри процесу: струм 116 А, швидкість подачі дроту 4,6 м/хв та лінійна енергетична густина 140 Дж/мм. Для підготовки циліндричних зразків діаметром 50 мм і довжиною 100 мм було використано стратегію траєкторії з пошаровим обертанням на 90°.

Джерело [1]

Для комплексної характеристики властивостей матеріалу було застосовано багатомасштабний аналітичний метод : мікроструктурну еволюцію аналізували за допомогою систем XRD, OM, SEM-EBSD та TEM; механічні властивості оцінювали за допомогою випробувань мікротвердості та розтягу при кімнатній температурі та високих температурах (400–850°C).

III. Результати та обговорення

3.1 Мікроструктурні характеристики

Аналіз мікроструктури виявив значний вплив дизайну шляху друку. Порівняно з традиційними зразками з кутом 0°, зразки, виготовлені з використанням перемикання шляху під кутом 90°, демонстрували унікальні близькі до ізотропних кристалічних характеристик: середня довжина зерна становила 527 ± 5 мкм, ширина — 172 ± 7 мкм (відношення сторін 3,06), а також формувалися ділянки з дрібними зернами (37 ± 2 мкм) на межах шарів. Аналіз XRD підтвердив, що зразки мають однофазну кубічну структуру з центрованими гранями.

Джерело [1]

Дослідження підтвердили, що високе світлодіодне випромінювання, поєднане з перемиканням шляху, може ефективно знизити градієнт температури ванни, пригнічити епітаксіальний ріст стовпчастих кристалів і сприяти утворенню равноосних кристалів за рахунок збільшення глибини переплавлення та створення нових місць зародкоутворення, що оптимізує мікроструктуру матеріалу . Таке поєднання процесів забезпечує ефективний засіб досягнення переходу від стовпчастих кристалів до равноосних.

3.2 Механічні властивості при кімнатній температурі

Випробування механічних властивостей при кімнатній температурі показали, що Зразки Inconel 625, виготовлені з використанням друкувального шляху 90°, демонструють чудове співвідношення між міцністю та пластичністю, маючи межу плинності 401 ± 12 МПа, межу міцності 724 ± 5 МПа та подовження 57 ± 5% матеріал демонструє типову триступеневу поведінку зміцнення при деформації, особливо виявляючи підвищену здатність до зміцнення в діапазоні деформації 8–25%, що призводить до високого добутку пластичності на міцність — 41,3 ГПа*%, суттєво перевершуючи традиційні гарячекатані сплави (32,1 ГПа*%).

Джерело [1]

Аналіз мікроструктури показав, що у порівнянні з гарячекатаними зразками (<130 мкм), зразки з близько-ізометричною структурою мають більші розміри зерна (232 ± 16 мкм), а їхня висока ефективність переважно обумовлена двома факторами: по-перше, ключовою роллю зміцнення дислокаціями, по-друге, унікальним механізмом деформації. Мікроскопічний аналіз виявив, що під час деформації матеріал формує стінки з високою густиною дислокацій і структури блокування дислокацій. Ці мікроструктурні особливості ефективно перешкоджають руху дислокацій, тим самим підвищуючи міцність матеріалу . Що важливіше, на міжшарових межах не спостерігалося концентрації напружень, і тріщина завжди виникала на межах зерен, що підтверджує: інтерфейси, утворені шляхом друку, не впливають на експлуатаційні властивості матеріалу . Саме цей унікальний рух дислокацій у поєднанні з непошкодженими інтерфейсами разом забезпечують видатні комплексні властивості матеріалу

3.3 Властивості механічної міцності при високих температурах

Випробування механічних властивостей при високих температурах довели чудливу адаптивність сплаву Inconel 625 майже ізотропного типу до високих температур Дослідження показали, що в широкому діапазоні температур від 400 до 850 °C міцнісні характеристики цього матеріалу стабільно перевищують аналогічні показники традиційних литих сплавів Важливо зазначити, що його подовження залишається на вищому рівні нижче 700°C, із лише незначним зменшенням після перевищення 700°C. Шляхом аналізу морфології тріщин дослідження виявило чіткі температурно-залежні переходи у характері руйнування: при 600°C тріщина демонструвала типові характеристики міжкристалітного пластичного руйнування, а поверхня зламу мала рівномірно розподілені мілкі пластичні ямки; між 750°C та 800°C режим руйнування змінюється на міжкристалітне руйнування, що характеризується явно вираженими ознаками крихкого зламу; коли температура досягає 850°C, поверхня зламу демонструє комбінований характер руйнування, що включає як пластичні ямки, так і площини крихкого руйнування.

Джерело [1]

IV. Висновок

Це дослідження виявило критичний вплив дизайну траєкторії друку на мікроструктуру та властивості сплаву Inconel 625. Використання стратегії друку з високим енергетичним введенням у поєднанні з обертанням шарів на 90° дозволило успішно перетворити традиційну стовпчасту зернисту структуру на рівномірну близьку до равноосної зернистої структури. За допомогою сучасних методів мікроструктурного аналізу встановлено, що ця унікальна структура демонструє специфічні риси руху дислокацій під час деформації: поряд із плоским ковзанням формуються густі дислокаційні стінки й особливі структури дислокаційних замків. Синергетична взаємодія цих мікроструктурних механізмів надає матеріалу як високу міцність, так і пластичність.

Зазначимо, що зони дрібнозернистої структури між шарами, що утворилися під час друку, не лише не погіршували властивостей, але й фактично підвищували їх. Результати тестів показують, що ця оптимізована майже равноосна кристалічна структура виявляє виняткові механічні властивості в широкому діапазоні температур — від кімнатної до високої. Це відкриття надає нові технологічні перспективи для високоякісного адитивного виробництва критичних компонентів у авіаційній та інших галузях, демонструючи широкі прикладні перспективи.

Посилання на статтю：

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