Een ongewenste eigenschap die wordt aangetroffen in traditioneel verwerkte superlegeringen, bestaat niet in een 3D-geprint, op nikkel gebaseerde superlegering, volgens een team van materiaalwetenschappers die denken dat dit zou kunnen leiden tot nieuwe productietechnieken die legeringen met op maat gemaakte eigenschappen mogelijk maken.

de eigenschap, dynamische stamveroudering (DSA) genoemd, komt voor in metalen bij hoge temperaturen die onderhevig zijn aan stress. In conventioneel verwerkte materialen, als DSA aanwezig is, de sterkte van het materiaal fluctueert met de toegepaste vervorming, resulterend in gekartelde spanning-rek curven.

onderzoekers, onder leiding van Allison Beese, assistent-professor materiaalwetenschappen en techniek aan Penn State, testte de 3D-geprinte Inconel 625 versus traditioneel verwerkte Inconel 625 met behulp van neutronendiffractiekarakterisering met mechanische testen in Oak Ridge National Laboratory. Gegevens verzameld op microscopisch niveau gaven een beeld van de oorsprong op korrelniveau van de gekartelde spanningscurve, en resulteerde in een nieuw begrip van de microstructuurmechanismen die dit fenomeen aansturen. Dit onderzoek, gepubliceerd in Natuurcommunicatie , zou de weg kunnen effenen voor het ontwerpen van materialen zonder dynamische spanningsveroudering.

Superlegeringen zijn metalen met een hoge sterkte en corrosieweerstand, zelfs bij hoge temperaturen.

"We zagen de karakteristieke gekartelde spanningscurven in conventioneel verwerkt Inconel 625 bij verhoogde temperaturen, waar de stroomspanning op en neer oscilleert terwijl het materiaal op en neer wordt vervormd, " Zei Beese. "Dat is geen ideaal gedrag voor materialen omdat het kan leiden tot vroegtijdige breuk en onvoorspelbaar gedrag."

De onderzoekers ontdekten dat de conventionele legering een willekeurige kristalstructuur had, maar dat de 3D-geprinte versie een betere kristalstructuur en fijner verspreide deeltjes had.

"We gebruikten een unieke experimentele opstelling om de mechanica op korrelniveau te ondervragen, " zei Beese. "We wilden begrijpen hoe dat bijdraagt ​​aan het verschil in macroscopisch gedrag dat we zien tussen deze twee vormen van Inconel 625 die dezelfde elementaire samenstelling hadden, maar werden op verschillende manieren vervaardigd. We waren in staat om mesoscopisch inzicht te krijgen in de oorsprong van DSA, die voorheen ontbrak."

Het team schreef het ontbreken van DSA in het 3D-geprinte materiaal toe aan een combinatie van fijnere deeltjes verdeeld in de korrels van dit materiaal en een betere kristaltextuur in het materiaal. resulterend in richtingsafhankelijke eigenschappen, vergelijkbaar met hout, waarin het materiaal verschillen in sterkte heeft over versus met de korrel.

Beese zei dat aanvullend onderzoek het mogelijk zou kunnen maken om het 3D-geprinte materiaal verder af te stemmen op de gewenste prestaties tijdens de eerste verwerking of met het gebruik van warmtebehandelingen voorafgaand aan de fabricage om de deeltjes en korrelstructuren aan te passen. Het afdrukken van superlegeringen tot bijna netvorm is ook nuttig omdat superlegeringen, vanwege hun kracht, zijn moeilijk machinaal te bewerken. Afdrukken vermindert de bewerkingsvereisten, samen met de hoeveelheid verspild materiaal, en voordelig zou kunnen zijn.

Dit onderzoek, Bees zei, zou kunnen helpen bij het verbeteren van al lang bestaande modellen die worden gebruikt om metalen te ontwerpen en te begrijpen die DSA ondergaan tijdens vervorming, en bieden ook doelen voor het ontwerp van nieuwe metalen materialen, met name die vervaardigd met behulp van additieve fabricage.