Un tratto indesiderabile che si trova nelle superleghe lavorate tradizionalmente non esiste in una stampa 3D, superlega a base di nichel, secondo un team di scienziati dei materiali che pensano che questo potrebbe portare a nuove tecniche di produzione che consentono leghe con proprietà personalizzate.

Il tratto, chiamato invecchiamento dinamico della tensione (DSA), si verifica nei metalli ad alte temperature sottoposti a stress. Nei materiali lavorati convenzionalmente, se è presente DSA, la resistenza del materiale varia con la deformazione applicata, determinando curve sforzo-deformazione seghettate.

Ricercatori, guidato da Allison Beese, assistente professore di scienze dei materiali e ingegneria alla Penn State, testato l'Inconel 625 stampato in 3D rispetto all'Inconel 625 elaborato tradizionalmente utilizzando la caratterizzazione della diffrazione di neutroni con test meccanici presso l'Oak Ridge National Laboratory. I dati raccolti a livello microscopico hanno fornito un'immagine delle origini a livello dei grani della curva di sollecitazione seghettata, e ha portato a una nuova comprensione dei meccanismi della microstruttura che guidano questo fenomeno. Questa ricerca, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , potrebbe aprire la strada alla progettazione di materiali senza invecchiamento dinamico per deformazione.

Le superleghe sono metalli con elevata resistenza e resistenza alla corrosione, anche ad alte temperature.

"Abbiamo visto le caratteristiche curve di sollecitazione dentellate in Inconel 625 lavorato convenzionalmente a temperature elevate, dove lo stress del flusso oscilla su e giù mentre il materiale viene deformato su e giù, " Ha detto Beese. "Questo non è un comportamento ideale per i materiali in quanto potrebbe causare rotture precoci e comportamenti imprevedibili".

I ricercatori hanno scoperto che la lega convenzionale aveva una struttura cristallina casuale, ma che la versione stampata in 3D aveva una struttura cristallina migliore e particelle più finemente disperse.

"Abbiamo usato una configurazione sperimentale unica per interrogare la meccanica a livello di grano, " ha detto Beese. "Volevamo capire come ciò contribuisce alla differenza di comportamento macroscopico che vediamo tra queste due forme di Inconel 625 che avevano la stessa composizione elementare, ma sono stati fabbricati in modi diversi. Siamo stati in grado di sviluppare una comprensione mesoscopica delle origini di DSA, che prima mancava».

Il team ha attribuito la mancanza di DSA nel materiale stampato in 3D a una combinazione di particelle più fini distribuite all'interno dei grani di questo materiale e a una migliore struttura cristallina nel materiale, con conseguente proprietà dipendenti dalla direzione, simile al legno, in cui il materiale ha differenze di resistenza rispetto alla grana.

Beese ha affermato che ulteriori ricerche potrebbero consentire di ottimizzare ulteriormente il materiale stampato in 3D per le prestazioni desiderate durante la lavorazione iniziale o con l'uso di trattamenti termici prima della fabbricazione per regolare le particelle e le strutture dei grani. Anche la stampa di superleghe a forma quasi netta è utile perché le superleghe, per la loro forza, sono difficili da lavorare. La stampa riduce i requisiti di lavorazione, insieme alla quantità di materiale sprecato, e potrebbe essere utile.

Questa ricerca, Ape ha detto, potrebbe aiutare a migliorare i modelli di vecchia data utilizzati per progettare e comprendere i metalli che subiscono DSA durante la deformazione, e fornire anche obiettivi per la progettazione di nuovi materiali metallici, in particolare quelli fabbricati utilizzando la produzione additiva.