Специальные требования термической обработки для возраст-закаленные никелевые сплавы в 3D печати приложений

Возраст-твердея сплавы никеля (как Инконел 718 и Васпалой) широко использованы в воздушно-космическом пространстве, энергии, и химических промышленностях должных к их превосходной высокотемпературной прочности, коррозионной устойчивости, и сопротивлению оксидации. Однако в 3D-печати (аддитивное производство) микроструктура этих сплавов значительно отличается от микроструктуры обычной ковки или литья из-за быстрого затвердевания и процесса послойного осаждения. Поэтому для оптимизации их свойств требуются специальные процессы термообработки.

Влияние 3D-печати на микроструктуру закаленных никелевых сплавов

Во время 3D-печати никелевые сплавы подвергаются быстрому плавлению и затвердеванию под воздействием высокоэнергетического лазера или электронного луча, что приводит к рафинированию зерна, сегрегации дендритов и остаточному напряжению высокой плотности. Эти факторы обычно приводят к тому, что печатные сплавы демонстрируют высокую твердость, но низкую пластичность и неравномерное распределение фаз, усиливающих осаждение (таких как фазы γ' и γ''). Поэтому традиционные процессы термообработки не могут полностью устранить эти дефекты и должны быть адаптированы к характеристикам 3D-печати.

Специальные требования термической обработки

1. Отжиг сброса стресса:

3D-печатные компоненты никелевого сплава часто содержат высокое остаточное напряжение, которое может привести к деформации или растрескиванию. Поэтому отжиг для снятия напряжения требуется сразу после печати, обычно выдерживается при температуре 800-900 ° C в течение 1-2 часов с последующим медленным охлаждением (например, охлаждением в печи). Этот процесс эффективно снижает внутреннее напряжение и улучшает стабильность размеров без значительного изменения механических свойств сплава.

2. Обработка решения:

Конечные свойства упрочняющих никелевых сплавов зависят от осаждения фаз осаждения (таких как фазы γ' и γ''), но эти фазы могут быть не полностью сформированы или неравномерно распределены в печатном состоянии. Поэтому, обработка решения (типично на 950-1100 ° К) критическая для:

Растворение грубых интерметаллических соединений (таких как фаза Лавреса), образующихся во время печати.

Гомогенно гомогенизация состава сплава и уменьшение сегрегации.

Обеспечивать идеальную структуру матрицы для последующей обработки вызревания.

После обработки раствора требуется быстрое охлаждение (закалка водой или закалка газом), чтобы предотвратить преждевременное осаждение фаз укрепления.

3. Обработка вызревания

Цель обработки вызревания улучшить сопротивление прочности и ползучести сплава путем контролировать высыпание осажденных участков. Для 3D-печатных никелевых сплавов процессы старения обычно более строгие, чем традиционные процессы. Общие подходы включают:

Одноступенчатое старение (например, 720 ° C × 8 часов воздушного охлаждения 620 ° C × 8 часов воздушного охлаждения), подходит для Inconel 718.

Многоступенчатое старение (например, 845 ° С × 1 час 760 ° С × 1 час 650 ° С × 8 часов), используемое для оптимизации синергетического усиления фаз γ' и γ''.

Из-за более тонкой микроструктуры сплавов, напечатанных на 3D-принтере, возможно, потребуется точная настройка температуры и времени старения, чтобы избежать чрезмерного огрубения осажденных фаз, что может привести к ухудшению производительности.

4. горячее изостатическое прессование (HIP) при помощи лечения (опционально)

Некоторые 3D-печатные компоненты никелевого сплава могут подвергаться последующей обработке с использованием горячего изостатического прессования (HIP), обычно при 1100-1150 ° C и 100-150 МПа в течение 2-4 часов. HIP может дополнительно закрыть микропоры, увеличить плотность и улучшить однородность микроструктуры, и часто используется в сочетании с обработкой раствора и процессами старения.