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par Journal international de fabrication extrême
La figure illustre une voie de conception d’alliages dans la fabrication additive d’alliages NiTiNb à mémoire de forme, comprenant trois étapes : (i) mélange mécanique de poudres de NiTi et de Nb élémentaire préalliées comme matières premières ; (ii) fabrication additive par fusion sur lit de poudre laser pour préparer des pièces sans détection ; (iii) Traitement en solution pour optimiser la microstructure et améliorer les performances mécaniques/fonctionnelles. Crédits : Rui Xi, Hao Jiang, Guichuan Li, Zhihui Zhang, Huiliang Wei, Guoqun Zhao, Jan Van Humbeeck et Xiebin Wang.
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La figure illustre une voie de conception d’alliages dans la fabrication additive d’alliages NiTiNb à mémoire de forme, comprenant trois étapes : (i) mélange mécanique de poudres de NiTi et de Nb élémentaire préalliées comme matières premières ; (ii) fabrication additive par fusion sur lit de poudre laser pour préparer des pièces sans détection ; (iii) Traitement en solution pour optimiser la microstructure et améliorer les performances mécaniques/fonctionnelles. Crédits : Rui Xi, Hao Jiang, Guichuan Li, Zhihui Zhang, Huiliang Wei, Guoqun Zhao, Jan Van Humbeeck et Xiebin Wang.
Afin de relever les défis liés à la fabrication de structures en alliage ternaire NiTiNb, des chercheurs de l’Université du Shandong (SDU) ont proposé une stratégie de conception d’alliage pour préparer des alliages NiTiNb à mémoire de forme (SMA) par fusion in situ sur lit de poudre laser et traitement post-thermique. L’alliage NiTiNb allié in situ présente des caractéristiques de transformation typiques (par exemple une large hystérésis) et de bonnes propriétés mécaniques/fonctionnelles.
Le travail, signalé dans l’International Journal of Extreme Manufacturing, pourrait accélérer le développement de SMA hautes performances à base de NiTi et faciliter la fabrication de structures intelligentes fabriquées de manière additive.
Les SMA à base de NiTi attirent une attention croissante dans les industries biomédicales, aérospatiales et automobiles en raison de leur effet de mémoire de forme unique et de leur superélasticité. Cependant, les difficultés rencontrées lors du moulage et de l’usinage conventionnels ont limité leur utilisation généralisée, en particulier pour ceux présentant des géométries complexes.
« La technologie de fabrication additive (FA) est une méthode idéale pour résoudre les défis de traitement des SMA à base de NiTi », a déclaré Xiebin Wang, auteur correspondant de l’article et professeur à l’École de science et d’ingénierie des matériaux de SDU.
« Dans la plupart des cas, la technologie FA s’est concentrée sur sa capacité à préparer des structures complexes, alors que ses capacités en tant qu’outil métallurgique ont été négligées. Afin de développer de nouvelles structures intelligentes basées sur NiTi, nous devons trouver un moyen d’intégrer la synthèse de matériaux. et formation de structure.
« Ici, nous disons : pourquoi ne pas utiliser des poudres mélangées comme matières premières au lieu de poudres pré-alliées, ce qui raccourcirait le cycle de développement de nouveaux alliages ? Des moyens supplémentaires (par exemple, un post-traitement thermique) sont-ils nécessaires pour améliorer davantage les propriétés mécaniques des les pièces fabriquées de manière additive ? »
Au cours des dernières décennies, quelques études préliminaires ont été menées sur l’alliage in situ de SMA à base de NiTi par fabrication additive, mais les alliages tels que fabriqués présentent toujours des microstructures très hétérogènes et de mauvaises propriétés mécaniques.
En raison des caractéristiques de solidification rapide et des historiques thermiques complexes, la morphologie des structures eutectiques des SMA NiTiNb fabriqués de manière additive (AMed) est assez distincte de celle des pièces préparées de manière conventionnelle.
Les régimes de traitement thermique existants pour les alliages conventionnels ne sont pas toujours compatibles avec les alliages AMed en raison des différences de microstructure initiale. Il existe un besoin urgent de comprendre l’influence du post-traitement thermique sur les alliages AMed NiTiNb.
Les chercheurs du SDU ont utilisé les poudres de NiTi pré-alliées comme matériaux de base pour assurer la formation de la phase primaire de NiTi, et ont ajouté 9 % atomique de poudres de Nb élémentaire, dans le but d’élargir l’hystérésis thermique. Le paramètre de processus AM optimisé a été utilisé pour produire des pièces denses en NiTiNb. Un traitement en solution à haute température (1273K) avec différents temps de maintien a été conçu pour améliorer les performances mécaniques/fonctionnelles des alliages AMed NiTiNb.
Les chercheurs ont mené une étude approfondie sur l’effet du traitement en solution sur la microstructure, le comportement de transformation de phase et les performances mécaniques/fonctionnelles des alliages AMed NiTiNb. Ils ont également discuté des mécanismes à l’origine de l’évolution de la microstructure, de la modulation du comportement de transformation et de l’amélioration des performances mécaniques.
« Le plus grand avantage de cette voie de conception d’alliages est l’intégration de la synthèse des matériaux et de la mise en forme nette de géométries complexes », a déclaré Xiebin Wang. « La combinaison des avantages de formage et métallurgiques de la technologie de fabrication additive avec les propriétés fonctionnelles des SMA à base de NiTi créera de nouvelles opportunités pour le développement de nouvelles structures intelligentes.
Les chercheurs poursuivent les travaux en espérant améliorer les propriétés mécaniques des SMA à base de NiTi comparables à celles des pièces corroyées, par exemple grâce à un pressage isostatique à chaud. Ils tentent également d’appliquer cette voie pour développer d’autres SMA ternaires ou quaternaires à base de NiTi.
Plus d’information:
Rui Xi et al, Effet du traitement en solution sur la microstructure, le comportement de transformation de phase et les propriétés fonctionnelles des alliages à mémoire de forme ternaire NiTiNb fabriqués via un alliage in situ par fusion sur lit de poudre laser, International Journal of Extreme Manufacturing (2024). DOI : 10.1088/2631-7990/ad35fc
Fourni par le Journal international de fabrication extrême
2024-04-16 23:22:47
1713300501
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