Là một công nghệ chế tạo gia công tiên tiến, DED (Direct Electric Discharge) đã thể hiện những ưu điểm độc đáo trong việc chế tạo hợp kim Inconel 625 nhờ vào hiệu suất cao, chi phí thấp và khả năng tạo hình quy mô lớn. Tuy nhiên, quy trình DED truyền thống thường tạo ra cấu trúc tinh thể cột có định hướng rõ rệt theo phương <001>, khiến việc đạt được cả độ bền và độ dẻo lý tưởng của vật liệu trở nên khó khăn.
I. Bối cảnh và ý nghĩa nghiên cứu
Các nghiên cứu gần đây phát hiện ra rằng việc tăng mật độ năng lượng đường (LED) có thể cải thiện hiệu quả hiệu suất của hợp kim Inconel 625 bằng cách chuyển đổi các hạt cột thành hạt gần như cân xứng; tuy nhiên, cơ chế cụ thể về vai trò của việc chuyển đổi đường in vẫn chưa rõ ràng. Ngoài ra, đặc điểm giao diện giữa các lớp độc đáo của công nghệ chế tạo cộng hưởng ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học của vật liệu, đặc biệt ở nhiệt độ cao, nơi có thể dẫn đến tập trung biến dạng tại giao diện và gây hỏng hóc sớm. Do đó, nghiên cứu cơ chế ảnh hưởng của các giao diện giữa các lớp ở các nhiệt độ khác nhau có ý nghĩa quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu suất vật liệu .
Dựa trên bối cảnh nghiên cứu nêu trên, Enigma đã hợp tác với một nhóm từ Technology và Đại học NOVA Lisbon tại Bồ Đào Nha để công bố những phát hiện nghiên cứu mới nhất của họ trên tạp chí Materials Research Letters với tiêu đề “ Tính chất cơ học được cải thiện và cơ chế biến dạng s trong DED Inconel 625 thông qua việc chuyển đổi đường dẫn in , nghiên cứu một cách hệ thống ảnh hưởng của thiết kế đường in đến cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của vật liệu.
Nguồn [1]
II. Phương pháp thí nghiệm
Nghiên cứu này sử dụng công nghệ DED Cold Metal Transfer (CMT) để chế tạo các mẫu hợp kim Inconel 625 trong môi trường bảo vệ là hỗn hợp khí 70% Ar + 30% He. Để đảm bảo độ tin cậy của kết quả thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã tối ưu hóa các thông số quy trình chính: dòng điện 116 A, tốc độ cấp dây 4,6 m/phút, và mật độ năng lượng đường 140 J/mm. Chiến lược đường in xoay 90° giữa các lớp đã được áp dụng để chế tạo các mẫu hình trụ có đường kính 50 mm và chiều dài 100 mm.
Nguồn [1]
Để đặc trưng toàn diện các tính chất vật liệu, phương pháp phân tích đa quy mô đã được áp dụng : sự phát triển vi cấu trúc được phân tích bằng hệ thống XRD, OM, SEM-EBSD và TEM; tính chất cơ học được đánh giá thông qua thử nghiệm độ cứng vi mô và thí nghiệm kéo ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao (400-850°C).
III. Kết quả và Thảo luận
3.1 Đặc điểm vi cấu trúc
Phân tích vi cấu trúc cho thấy ảnh hưởng rõ rệt của thiết kế đường in. So với các mẫu đường truyền thống 0°, các mẫu được chế tạo bằng cách chuyển đổi đường in 90° đã thể hiện đặc tính tinh thể gần đẳng hướng độc đáo: chiều dài hạt trung bình là 527 ± 5 μm, chiều rộng là 172 ± 7 μm (tỷ lệ khung hình 3.06), và các vùng hạt mịn (37 ± 2 μm) được hình thành tại các mối nối lớp. Phân tích XRD khẳng định rằng các mẫu này có cấu trúc lập phương tâm mặt đơn pha.
Nguồn [1]
Nghiên cứu đã xác nhận rằng cao LED kết hợp với chuyển đổi đường đi có thể giảm hiệu quả độ dốc nhiệt độ của bể nóng chảy, kìm hãm sự phát triển định hướng tinh thể cột và thúc đẩy hình thành tinh thể đẳng trục bằng cách tăng độ sâu nung chảy lại và cung cấp các vị trí mầm mới, từ đó tối ưu hóa cấu trúc vi mô của vật liệu . Sự kết hợp quy trình này cung cấp một phương pháp hiệu quả để thực hiện quá trình chuyển đổi từ tinh thể cột sang tinh thể đẳng trục.
3.2 Tính chất cơ học ở nhiệt độ phòng
Kết quả thử nghiệm tính chất cơ học ở nhiệt độ phòng cho thấy rằng Mẫu Inconel 625 được chế tạo bằng đường in 90° thể hiện sự phối hợp tuyệt vời giữa độ bền và độ dẻo, với giới hạn chảy 401 ± 12 MPa, độ bền kéo 724 ± 5 MPa và độ giãn dài 57 ± 5% .Vật liệu thể hiện hành vi gia công cứng điển hình ba giai đoạn, đặc biệt cho thấy khả năng gia công cứng được cải thiện trong khoảng biến dạng 8–25%, dẫn đến tích số độ dẻo và độ bền cao là 41,3 GPa*%, vượt trội hơn đáng kể so với các hợp kim cán nóng truyền thống (32,1 GPa*%).
Nguồn [1]
Phân tích cấu trúc vi mô tiết lộ rằng các mẫu gần cân bằng có kích thước hạt lớn hơn (232 ± 16 μm so với các mẫu cán nóng < 130 μm), và hiệu suất vượt trội của chúng chủ yếu bắt nguồn từ hai yếu tố: thứ nhất, vai trò quan trọng của sự tăng cường độ qua lệch mạng, và thứ hai, một cơ chế biến dạng độc đáo. Phân tích vi mô phát hiện ra rằng trong quá trình biến dạng, vật liệu hình thành các vách lệch mật độ cao và các cấu trúc khóa lệch. Các đặc điểm vi cấu trúc này hiệu quả ngăn cản chuyển động của lệch mạng, do đó làm tăng độ bền của vật liệu . Quan trọng hơn, không có tập trung ứng suất nào được quan sát tại các giao diện giữa các lớp, và vết gãy luôn xảy ra trong các giới hạn hạt, khẳng định rằng các mối nối được tạo bởi đường in không ảnh hưởng đến hiệu năng của vật liệu . Chính chuyển động lệch pha độc đáo này kết hợp với các mối nối nguyên vẹn đã cùng nhau tạo nên tính chất tổng hợp vượt trội của vật liệu.
3.3 Tính chất cơ học ở nhiệt độ cao
Kiểm tra tính chất cơ học ở nhiệt độ cao đã chứng minh khả năng thích ứng tuyệt vời ở nhiệt độ cao của hợp kim Inconel 625 gần như đẳng hướng. Nghiên cứu cho thấy trong khoảng nhiệt độ rộng từ 400–850°C, các tính chất độ bền của vật liệu này luôn vượt trội so với các hợp kim đúc truyền thống. Đáng chú ý, độ giãn dài của nó vẫn ở mức cao dưới 700°C, với chỉ sự giảm nhẹ được ghi nhận sau khi vượt quá 700°C. Thông qua phân tích hình thái vết gãy, nghiên cứu đã quan sát thấy sự chuyển đổi tính chất gãy rụp phụ thuộc vào nhiệt độ: ở 600°C, vết gãy thể hiện đặc trưng của kiểu gãy dẻo liên hạt điển hình, bề mặt gãy cho thấy các vết lõm dẻo nhỏ phân bố đều; giữa 750°C và 800°C, kiểu gãy chuyển sang gãy liên hạt, thể hiện rõ đặc trưng gãy giòn; khi nhiệt độ đạt tới 850°C, bề mặt gãy thể hiện đặc điểm hỗn hợp cả hai dạng gãy, bao gồm các vết lõm dẻo và các vùng gãy giòn.
Nguồn [1]
Kết luận
Nghiên cứu này tiết lộ ảnh hưởng quan trọng của thiết kế đường in lên cấu trúc vi mô và tính chất của hợp kim Inconel 625. Bằng cách áp dụng chiến lược in với mức đầu vào năng lượng cao kết hợp cùng việc xoay lớp 90° giữa các lớp, cấu trúc hạt cột truyền thống đã được chuyển đổi thành công thành cấu trúc hạt gần như đồng đều và có hình dạng gần cân bằng. Thông qua các kỹ thuật phân tích cấu trúc vi mô tiên tiến, người ta phát hiện ra rằng cấu trúc độc đáo này thể hiện các mẫu chuyển động lệch mạng đặc biệt trong quá trình biến dạng: không chỉ xảy ra trượt phẳng, mà còn hình thành các bức tường lệch mạng mật độ cao và các cấu trúc lệch mạng khóa đặc biệt. Sự tương tác hiệp đồng của các cơ chế cấu trúc vi mô này mang lại cho vật liệu cả độ bền và độ dẻo tuyệt vời.
Đáng chú ý, các vùng hạt mịn giữa các lớp hình thành trong quá trình in không những không làm suy giảm hiệu năng mà thực tế còn cải thiện nó. Kết quả thử nghiệm chứng minh rằng cấu trúc tinh thể gần cân bằng tối ưu này thể hiện tính chất cơ học xuất sắc trên dải nhiệt độ rộng, từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độ cao. Khám phá này cung cấp những hiểu biết mới về quy trình chế tạo các bộ phận quan trọng trong hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác bằng công nghệ sản xuất gia tăng hiệu suất cao, cho thấy triển vọng ứng dụng rộng rãi.
Liên kết bài báo：
[1] https://doi.org/10.1080/21663831.2025.2476174
Tin Tức Nổi Bật2025-06-30
2025-07-04
2025-07-01
EN
