Un trait indésirable trouvé dans les superalliages traités traditionnellement n'existe pas dans un imprimé en 3D, superalliage à base de nickel, selon une équipe de scientifiques des matériaux qui pensent que cela pourrait conduire à de nouvelles techniques de fabrication permettant des alliages avec des propriétés sur mesure.

Le trait, appelé vieillissement dynamique sous contrainte (DSA), se produit dans les métaux à haute température soumis à des contraintes. Dans les matériaux traités de manière conventionnelle, si DSA est présent, la résistance du matériau fluctue avec la déformation appliquée, résultant en des courbes de contrainte-déformation dentelées.

Des chercheurs, dirigé par Allison Beese, professeur adjoint de sciences et d'ingénierie des matériaux à Penn State, testé l'Inconel 625 imprimé en 3D par rapport à l'Inconel 625 traité traditionnellement en utilisant la caractérisation par diffraction des neutrons avec des tests mécaniques au Oak Ridge National Laboratory. Les données recueillies au niveau microscopique ont donné une image des origines au niveau des grains de la courbe de contrainte dentelée, et a abouti à une nouvelle compréhension des mécanismes de la microstructure à l'origine de ce phénomène. Cette recherche, Publié dans Communication Nature , pourrait ouvrir la voie à la conception de matériaux sans vieillissement dynamique sous contrainte.

Les superalliages sont des métaux à haute résistance et résistance à la corrosion, même à haute température.

« Nous avons vu les courbes de contrainte dentelées caractéristiques de l'Inconel 625 traité de manière conventionnelle à des températures élevées, où la contrainte d'écoulement oscille de haut en bas lorsque le matériau est déformé de haut en bas, " Beese a déclaré. « Ce n'est pas un comportement idéal pour les matériaux, car cela pourrait entraîner une rupture précoce et un comportement imprévisible. »

Les chercheurs ont découvert que l'alliage conventionnel avait une structure cristalline aléatoire mais que la version imprimée en 3D avait une meilleure texture cristalline et des particules plus finement dispersées.

"Nous avons utilisé un dispositif expérimental unique pour interroger la mécanique au niveau du grain, " a déclaré Beese. " Nous voulions comprendre comment cela contribue à la différence de comportement macroscopique que nous voyons entre ces deux formes d'Inconel 625 qui avaient la même composition élémentaire, mais ont été fabriqués de différentes manières. Nous avons pu développer une compréhension mésoscopique des origines de la DSA, qui manquait auparavant."

L'équipe a attribué le manque de DSA dans le matériau imprimé en 3D à une combinaison de particules plus fines réparties dans les grains de ce matériau et à une meilleure texture cristalline dans le matériau, résultant en des propriétés dépendantes de la direction, semblable au bois, dans lequel le matériau présente des différences de résistance transversale par rapport au grain.

Beese a déclaré que des recherches supplémentaires pourraient permettre au matériau imprimé en 3D d'être davantage ajusté pour les performances souhaitées lors du traitement initial ou avec l'utilisation de traitements thermiques avant la fabrication pour ajuster les particules et les structures des grains. L'impression de superalliages à une forme presque nette est également utile car les superalliages, en raison de leur force, sont difficiles à usiner. L'impression réduit les exigences d'usinage, ainsi que la quantité de matière gaspillée, et pourrait être bénéfique.

Cette recherche, Bee a dit, pourrait aider à améliorer les modèles de longue date utilisés pour concevoir et comprendre les métaux qui subissent une DSA lors de la déformation, et fournir également des cibles pour la conception de nouveaux matériaux métalliques, en particulier ceux fabriqués en utilisant la fabrication additive.