革新的な統合印刷戦略により、積層造形されたIN718超合金の総合的な性能が大幅に向上しました。

出典: Additive Manufacturing Master and Doctor Alliance

西安交通大学の呂炳恒院士チームの黄克教授の研究グループは、スイング印刷+層間冷却+短時間熱処理を組み合わせた新しい総合的な積層造形戦略を革新的に設計しました。この戦略により、直接エネルギー堆積積層造形部品の内部気孔や亀裂が減少し、積層造形部品の機械的特性が大幅に向上します。当該研究成果は、材料分野におけるトップクラスの国際学術誌「Journal of Materials Science & Technology」に掲載されました。

インコネル 718 (IN718) 高温合金は、ニオブとモリブデンを含む析出硬化型ニッケル・クロム・鉄合金です。700℃で高い強度を持ち、高温環境と低温環境の両方で優れた靭性と耐腐食性を備えています。インコネル718合金は、700°Cの高温強度、優れた耐腐食性、容易な加工性を備えているため、さまざまな需要の高い場面で幅広く使用できます。

図 1 (a) 従来のトランスレーショナル製造プロセスの概略図、(b) スイング + 層間強制冷却戦略の概略図インコネル 718 高温合金は、その優れた高温強度、耐クリープ性、疲労性能により、航空宇宙、原子力、化学産業など多くの分野で広く使用されています。アークヒューズベースの積層造形技術は、製造サイクルが長く、材料の利用率が低いなど、現在の従来の製造方法の欠点を解消するために、大型のインコネル 718 高温合金部品を迅速に製造または修理するための信頼性の高い代替プロセス技術になると期待されています。

しかし、従来のアーク積層造形プロセスの複雑な熱履歴と高い入熱により、合金の内部元素偏析が深刻化し、低融点の共晶相が増加し、より多くの微小亀裂が発生します。無理なプロセス成形は、気孔などの欠陥を多数引き起こし、この技術の広範な普及と実用化を著しく制限することになります。公式アカウント「Additive Manufacturing Master and Doctor Alliance」をフォローして、付加製造の研究とエンジニアリングの応用に焦点を当てた大量の付加材料を無料で入手しましょう。
図4 光学顕微鏡を使用したサンプルの欠陥分布と多孔度の統計結果：（a）並進プロセス、（b）振動プロセス図5 EBSDの結果から、振動プロセスでは層間細粒帯が広く、層間等軸結晶構造が小さいことがわかります：（a）並進堆積状態、（b）並進熱処理状態、（a）振動堆積状態、（b）振動熱処理状態図6 SEMの結果から、振動モードではLaves相の体積分率が低く、長鎖Laves比が小さいことがわかります：（a）（c）並進プロセスの統計結果、（b）（d）振動プロセスの統計結果研究チームは、溶融池の拡大を効果的に促進し、溶融池の重なり合う濡れ性を改善し、蓄積と溢れを防ぐことができる振動印刷モードを採用し、より高い成形幾何学的精度を実現しました。さらに、極めて低いエネルギー入熱とより短い気孔脱出距離により、成形工程における気孔型印刷欠陥を 77.78% 削減でき、インコネル 718 高温合金で最も一般的な亀裂欠陥も完全に排除できます。強制層間冷却プロセスにより、積層造形プロセスの冷却速度がさらに上昇し、ミクロ偏析の程度と長鎖ラーベス相の割合を大幅に低減できます。公式アカウント「Additive Manufacturing Master and Doctor Alliance」をフォローして、付加製造の研究とエンジニアリングの応用に焦点を当てた大量の付加材料を無料で入手しましょう。
図 8: (a、c) 堆積状態および (b、d) 修正熱処理後の WAAM-IN718 の応力 - ひずみ曲線と統計結果図 9: スイング + 層間冷却 + 短時間熱処理によって得られる優れた強度 - 塑性トレードオフ (a) 堆積状態の統計結果の比較、(b) 熱処理状態の統計結果の比較最後に、短時間のプロセス修正熱処理後、堆積したインコネル 718 耐熱合金の異方性の機械的挙動も解消されます。従来の平行モードで形成されたサンプルと比較して、振動パスサンプルの降伏強度と極限引張強度はそれぞれ 5.75% と 9.25% 増加し、伸びは 51.20% 大幅に増加し、優れた強度と塑性のトレードオフを実現します。この研究は、大型の高性能インコネル 718 部品の積層造形に関する信頼性の高いプロセスリファレンスを提供します。
図9 溶融池の形状とその形成メカニズム

革新的な統合印刷戦略により、積層造形されたIN718超合金の総合的な性能が大幅に向上しました。

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