Verbesserung der Materialmikrostruktur und -eigenschaften bei der direkten Energieabscheidung auf Lichtbogendrahtbasis

In den letzten Jahren hat die additive Fertigungstechnologie bei verschiedenen Interessengruppen große Aufmerksamkeit erregt. Unter den verschiedenen Techniken hat die Arc Wire-based Direct Energy Deposition (DED) einen deutlichen Entwicklungsschub erfahren und bietet überzeugende Vorteile wie Kosteneffizienz und hohe Umformeffizienz.

Eine hohe Abscheidungsrate führt jedoch zu einem extrem hohen Wärmeeintrag und einer Temperaturinhomogenität, was zu einer Verschlechterung der Oberflächenqualität, einer Verringerung der Materialeigenschaften, einem Anstieg der Eigenspannungen und sogar zu Verzug und Rissbildung führt. Daher konzentriert sich die aktuelle Forschungsagenda auf die Entwicklung von Methoden zur Sicherstellung der Qualität von Bauteilen, die mit hohen Abscheidungsraten hergestellt werden.

Darüber hinaus ist weitere Forschung erforderlich, um ein umfassendes Verständnis der auf Lichtbogendraht basierenden Direktenergieabscheidungstechnologie zu erlangen, insbesondere im Hinblick auf die Mikrostrukturkontrolle und die Optimierung mechanischer Eigenschaften, um den Anforderungen leistungsstärkerer Anwendungen gerecht zu werden.

Ein Team unter der Leitung der Nanjing University of Aeronautics and Astronautics in China führte eine Literaturrecherche durch, um die Faktoren zu identifizieren, die die Mikrostrukturentwicklung von Materialien während des Abscheidungsprozesses beeinflussen. Das Team nutzte das Prinzip der dynamischen Rekristallisation, um den Einfluss des Wärmeeintrags während des Abscheidungsprozesses zu untersuchen und Methoden zur Steuerung des Wärmeeintrags und seiner Wirkmechanismen zu beschreiben.

Darüber hinaus präsentiert der Artikel eine umfassende Analyse des Einflusses verschiedener Prozessparameter auf das Schmelzbadverhalten und die Mikrostruktur während des Abscheidungsprozesses, mit besonderem Fokus auf den Einfluss von Prozessmethoden und Abscheidungsmaterialien.

Um die Mikrostruktur und Eigenschaften des Materials zu verbessern, werden verschiedene ergänzende Techniken und Behandlungen, einschließlich Zwischenschichtschmieden und Ultraschalleinwirkung, untersucht, um die Eigenschaften des Materials zu optimieren. Der Einfluss dieser Methoden auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften während der Abscheidung sowie ihre jeweiligen Vor- und Nachteile werden ausführlich diskutiert. Diese Arbeit stellt neuartige Ansätze zur Verbesserung der Eigenschaften von Materialien vor, die durch Lichtbogendraht-basierte DED abgeschieden werden, und trägt so zur Weiterentwicklung des Fachgebiets bei.

Das Team veröffentlichte seine Arbeit im Journal of Advances Mechanical Science and Technology am 15. Oktober 2024.

„In diesem Bericht diskutieren wir die Faktoren, die die Entwicklung der Mikrostruktur des Materials während des Abscheidungsprozesses beeinflussen. Er fasst Methoden zur Steuerung des Wärmeeintrags während der Abscheidung zusammen und beleuchtet verschiedene Wärmebehandlungstechniken, um Defekte zu reduzieren und die Mikrostruktur und Eigenschaften des abgeschiedenen Materials zu verbessern.“ Zu diesen Techniken gehören Vor-, Prozess- und Nachbehandlungen.

„Die Studie untersucht auch Methoden zur Einführung einer Verformungsverstärkung und geht kurz auf deren Vor- und Nachteile ein. Abschließend präsentiert das Manuskript die zukünftige Entwicklungsrichtung und den Forschungsschwerpunkt des Lichtbogendraht-basierten DED“, sagte Dr. Qian, außerordentlicher Professor an der Universität Nanjing für Luft- und Raumfahrt (NUAA).

Dieses Manuskript bietet wertvolle Erkenntnisse für Forscher in verwandten Bereichen. Es ermöglicht ihnen, Methoden zur Verbesserung der Mikrostruktur und Eigenschaften von DED-Teilen auf Lichtbogendrahtbasis in kurzer Zeit umfassend zu verstehen. Darüber hinaus bietet es Einblicke in die Funktionsmechanismen, die in ihrer Forschungsarbeit angewendet werden können, und erweitert so die potenziellen Anwendungen von DED-Teilen auf Lichtbogendrahtbasis.

Dennoch liefert die Erforschung der Verfestigungseigenschaften verschiedener Materialien und der Abscheidungseigenschaften verschiedener Prozesse weiterhin immer detailliertere Erkenntnisse und innovative Methoden zur Regulierung der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften von Teilen mit gerichteter Energieabscheidung auf Lichtbogendrahtbasis.

Diese Forschungsrichtungen zur Kontrolle von Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften sollten sich auf die folgenden vier Aspekte konzentrieren, wie zuvor von Dr. Qian hervorgehoben. Die Forschungsrichtungen zur Kontrolle der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften sollten sich auf die folgenden vier Aspekte konzentrieren: Kontrolle des Wärmeeintrags, Kontrolle des Erstarrungsverhaltens, Kontrolle des dynamischen Rekristallisationsprozesses und Kontrolle schädlicher Phasen und Defekte.

Weitere Teilnehmer der Forschung sind Jingjing Shi, Professor Honghua Su, Professor Wenfeng Ding, Professor Yucan Fu von der Nanjing University of Aeronautics and Astronautics und Shihao Sun vom Jiangsu JITRI Institute of Precision Manufacturing.