Requisiti speciali di trattamento termico per leghe di nichel indurite all'età nelle applicazioni di stampa 3D

Le leghe di nichel che indurono l'età (come Inconel 718 e Waspaloy) sono ampiamente utilizzate nell'industria aerospaziale, energetica e chimica grazie alla loro eccellente resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione e resistenza all'ossidazione. Tuttavia, nella stampa 3D (produzione additiva), la microstruttura di queste leghe differisce in modo significativo da quella della forgiatura o fusione convenzionale a causa della rapida solidificazione e del processo di deposizione strato per strato. Pertanto, sono necessari speciali processi di trattamento termico per ottimizzare le loro proprietà.

L'impatto della stampa 3D sulla microstruttura delle leghe di nichel indurite all'età

Durante la stampa 3D, le leghe di nichel subiscono una rapida fusione e solidificazione sotto esposizione ad alta energia al laser o al fascio di elettroni, portando al raffinamento del grano, alla segregazione dei dendriti e allo stress residuo ad alta densità. Questi fattori in genere si traducono in leghe stampate che presentano un'elevata durezza ma bassa duttilità e una distribuzione irregolare delle fasi di rafforzamento delle precipitazioni (come le fasi γ' e γ' '). Pertanto, i tradizionali processi di trattamento termico potrebbero non eliminare completamente questi difetti e devono essere adattati alle caratteristiche della stampa 3D.

Requisiti speciali per il trattamento termico

1. Ricottura antistress:

I componenti in lega di nichel stampati in 3D contengono spesso elevate sollecitazioni residue, che possono portare a deformazioni o crepe. Pertanto, la ricottura antistress è richiesta immediatamente dopo la stampa, tipicamente tenuta a 800-900 ° C per 1-2 ore, seguita da un raffreddamento lento (ad esempio, raffreddamento del forno). Questo processo riduce efficacemente lo stress interno e migliora la stabilità dimensionale senza alterare significativamente le proprietà meccaniche della lega.

2. Trattamento della soluzione:

Le proprietà finali delle leghe di nichel che indurono l'età dipendono dalla precipitazione delle fasi di rafforzamento delle precipitazioni (come le fasi γ' e γ' '), ma queste fasi potrebbero non essere completamente formate o distribuite in modo non uniforme nello stato stampato. Pertanto, il trattamento in soluzione (tipicamente a 950-1100 °C) è fondamentale per:

Durante la stampa si sono formati composti intermetallici grossolani (come la fase Laves).

Omogeneizzare omogeneizzando la composizione della lega e riducendo la segregazione.

Fornire una struttura a matrice ideale per il successivo trattamento di invecchiamento.

Dopo il trattamento della soluzione, è necessario un raffreddamento rapido (tempra dell'acqua o tempra del gas) per prevenire la precipitazione prematura delle fasi di rafforzamento.

3. Trattamento di invecchiamento

Lo scopo del trattamento di invecchiamento è di migliorare la forza e la resistenza di scorrimento della lega controllando la precipitazione delle fasi precipitate. Per le leghe di nichel stampate in 3D, i processi di invecchiamento sono in genere più rigorosi rispetto ai processi tradizionali. Gli approcci comuni includono:

Invecchiamento monostadio (ad esempio, 720 ° C × 8 ore di raffreddamento ad aria 620 ° C × 8 ore di raffreddamento ad aria), adatto per Inconel 718.

Invecchiamento a più stadi (ad esempio, 845 ° C × 1 ora 760 ° C × 1 ora 650 ° C × 8 ore), utilizzato per ottimizzare il rafforzamento sinergico delle fasi γ' e γ' '.

A causa della microstruttura più fine delle leghe stampate in 3D, potrebbe essere necessario mettere a punto la temperatura e il tempo di invecchiamento per evitare un eccessivo grossolanità delle fasi precipitate, il che potrebbe portare al degrado delle prestazioni.

4. trattamento assistito di pressatura isostatica calda (HIP) (facoltativo)

Alcuni componenti in lega di nichel stampati in 3D possono essere sottoposti a post-trattamento utilizzando la pressatura isostatica a caldo (HIP), tipicamente a 1100-1150 ° C e 100-150 MPa per 2-4 ore. L'HIP può chiudere ulteriormente i micropori, aumentare la densità e migliorare l'uniformità della microstruttura e viene spesso utilizzato in combinazione con il trattamento della soluzione e i processi di invecchiamento.