Requisitos especiales de tratamiento térmico para aleaciones de níquel endurecidas por envejecimiento en aplicaciones de impresión 3D

Las aleaciones de níquel de endurecimiento por envejecimiento (como Inconel 718 y Wáspaloy) se usan ampliamente en las industrias aeroespacial, energética y química debido a su excelente resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión y resistencia a la oxidación. Sin embargo, en la impresión 3D (fabricación aditiva), la microestructura de estas aleaciones difiere significativamente de la forja o fundición convencional debido a la rápida solidificación y el proceso de deposición capa por capa. Por lo tanto, se requieren procesos especiales de tratamiento térmico para optimizar sus propiedades.

El impacto de la impresión 3D en la microestructura de las aleaciones de níquel endurecidas por envejecimiento

Durante la impresión 3D, las aleaciones de níquel experimentan una rápida fusión y solidificación bajo láser de alta energía o exposición al haz de electrones, lo que lleva al refinamiento del grano, la segregación de dendritas y el estrés residual de alta densidad. Estos factores dan como resultado típicamente aleaciones impresas que exhiben alta dureza pero baja ductilidad, y distribución desigual de fases de fortalecimiento de precipitación (tales como fases γ' y γ''). Por lo tanto, los procesos de tratamiento térmico tradicionales pueden no eliminar completamente estos defectos y deben adaptarse a las características de la impresión 3D.

Requisitos especiales de tratamiento térmico

1. Alivio de estrés recocido:

Los componentes de aleación de níquel impresos en 3D a menudo contienen una alta tensión residual, que puede provocar deformación o agrietamiento. Por lo tanto, se requiere recocido de alivio de tensión inmediatamente después de la impresión, mantenido típicamente a 800-900 °C durante 1-2 horas, seguido de enfriamiento lento (por ejemplo, enfriamiento en horno). Este proceso reduce eficazmente la tensión interna y mejora la estabilidad dimensional sin alterar significativamente las propiedades mecánicas de la aleación.

2. Tratamiento de la solución:

Las propiedades finales de las aleaciones de níquel de endurecimiento por envejecimiento dependen de la precipitación de las fases de fortalecimiento de la precipitación (como las fases γ' y γ''), pero estas fases pueden no estar completamente formadas o distribuidas de manera desigual en el estado impreso. Por lo tanto, el tratamiento con solución (típicamente a 950-1100 °C) es crucial para:

La disolución de compuestos intermetálicos gruesos (como la fase de Laves) se formó durante la impresión.

Homogeneizar homogéneamente la composición de la aleación y reducir la segregación.

Proporcionar una estructura matriz ideal para el tratamiento posterior del envejecimiento.

Después del tratamiento con solución, se requiere un enfriamiento rápido (enfriamiento con agua o enfriamiento con gas) para evitar la precipitación prematura de las fases de fortalecimiento.

Tratamiento 3. Aging

El propósito del tratamiento de envejecimiento es mejorar la resistencia y la resistencia a la fluencia de la aleación controlando la precipitación de las fases precipitadas. Para las aleaciones de níquel impresas en 3D, los procesos de envejecimiento suelen ser más estrictos que los procesos tradicionales. Los enfoques comunes incluyen:

Envejecimiento de una sola etapa (por ejemplo, 720 °C × 8 horas de refrigeración por aire 620 °C × 8 horas de refrigeración por aire), adecuado para Inconel 718.

Envejecimiento en múltiples etapas (por ejemplo, 845 °C x 1 hora 760 °C x 1 hora 650 °C x 8 horas), usado para optimizar el fortalecimiento sinérgico de las fases γ' y γ''.

Debido a la microestructura más fina de las aleaciones impresas en 3D, es posible que sea necesario ajustar la temperatura y el tiempo de envejecimiento para evitar el engrosamiento excesivo de las fases precipitadas, lo que podría conducir a la degradación del rendimiento.

4. tratamiento asistido de prensado isostático en caliente (HIP) (opcional)

Algunos componentes de aleación de níquel impresos en 3D pueden someterse a un tratamiento posterior utilizando prensado isostático en caliente (HIP), típicamente a 1100-1150 ° C y 100-150 MPa durante 2-4 horas. HIP puede cerrar aún más los microporos, aumentar la densidad y mejorar la uniformidad de la microestructura, y a menudo se usa junto con el tratamiento de la solución y los procesos de envejecimiento.