AGH University of Science & Technology: Inconel 625 – Compositi di carburo di tungsteno nella stampa 3D
Jan Huebner ha recentemente presentato una tesi, ” Inconel 625 – Sistema composito in carburo di tungsteno per la produzione di additivi laser ” , alla Facoltà di scienze dei materiali e ceramica dell’Università AGH della Scienza e della Tecnologia .
Man mano che le innovazioni abbondano a livello globale per quanto riguarda la stampa 3D e i processi di produzione additiva, i ricercatori continuano a esplorare ulteriormente tecniche e materiali, e soprattutto quando emergono esigenze e miglioramenti specifici durante studi e sviluppi unici.
Nella stampa con metallo, viene sperimentata e utilizzata un’ampia varietà di polveri e leghe. Le leghe a base di Ni, oggi utilizzate in applicazioni critiche come energia, trasporto, difesa e aerospaziale, offrono vantaggi come resistenza alla corrosione, saldabilità e personalizzazione. Questi materiali mostrano un buon potenziale nella stampa 3D e nella produzione additiva, e in particolare con la tecnologia laser.
“Poiché non esiste una tecnica affidabile ed economica di rigenerazione dei materiali, in questa tesi di laurea è stato proposto e studiato il rivestimento laser del Metal Matrix Composite (MMC) a base di Ni. Per verificare il suo potenziale come materiale per la produzione additiva, il sistema composito Inconel 625 – WC è stato sottoposto a una serie di esperimenti “, ha spiegato Huebner.
“L’inclusione delle particelle di WC nella matrice metallica a base di Ni avrebbe indotto cambiamenti nella microstruttura e il miglioramento della durezza del materiale. Tuttavia, a causa della complessità chimica del sistema, è difficile prevederne il comportamento durante l’elaborazione laser ad alta intensità. Per questo motivo, sono state necessarie un’analisi e una valutazione approfondite per descrivere correttamente come l’elaborazione del sistema Inconel 625 – WC ne modifica le proprietà. ”
L’obiettivo principale di Huebner non era solo “ottenere MMC con distribuzione uniforme di WC in tutto il volume del materiale”, ma anche ottimizzare materiali e parametri e acquisire una comprensione più completa dei compositi. Durante il progetto di ricerca, Huebner ha utilizzato l’analisi termica differenziale (DTA) per testare due polveri metalliche di WC.
I campioni sono stati fabbricati e valutati per rispondere alla domanda di idoneità, e più specificamente, esaminando se tali materiali potevano essere utilizzati nella produzione di parti come le pale di una turbina.
I metodi convenzionali spesso non sono adatti per la fabbricazione di geometrie più complesse, portando gli utenti industriali a rivolgersi a tecniche più progressive come la modellatura di reti ingegnerizzate al laser (spesso anche denominate rivestimento laser). Separate per composizione, le leghe a base di Ni offrono anche i seguenti vantaggi:
Duttilità e resistenza alle basse temperature
Saldabilità superiore
durezza
Buona resistenza alla corrosione
Stabilità
“Al fine di migliorare le proprietà specifiche della lega, il WC è stato scelto come materiale di rinforzo. È caratterizzato da un’eccellente bagnabilità da Ni liquido, che garantisce una buona connessione tra le due fasi dopo l’elaborazione laser. Tuttavia, a causa della maggiore reattività sul confine WC – Inconel 625, è possibile la formazione di fasi secondarie contenenti elementi di lega “, ha affermato Huebner.
“È ulteriormente migliorato dalla segregazione degli elementi durante la rapida solidificazione del materiale composito”.
Mentre il rivestimento laser può essere una tecnica adatta per la lavorazione di leghe a base di Ni, i parametri devono essere ottimizzati per mantenere la morfologia delle particelle di ceramica e la fusione dei metalli.
Mentre Huebner ha riscontrato che il composito Inconel 625 – WC è “promettente” per la produzione, ci sono state anche delle sfide nell’analisi, portando a un esame più approfondito con l’analisi termica differenziale (DTA).
Nel complesso, è stata ottenuta una migliore ottimizzazione dei parametri di processo in quanto il composito ha permesso un aumento della durezza dei materiali a causa dell’aggiunta di particelle di WC. È stata anche osservata la forza quando sono emerse fasi secondarie costituite da fasi TCP intermetalliche e sono emersi carburi di elementi di lega.
“I precipitati delle fasi TCP e i carburi secondari sono molto più duri e più fragili della matrice γ – Ni”, ha concluso l’autore. “È possibile ottenere una buona qualità del materiale utilizzando una bassa potenza laser di circa ≈ 300 W.
“I risultati ottenuti hanno concluso che Inconel 625 – Sistema composito WC è adatto per la produzione di additivi laser.”
