Grupa naukowców z Wydziału Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Akademii Górniczo-Hutniczej, NCPS SOLARIS i Instytutu Inżynierii Materiałowej Uniwersytetu Śląskiego pod kierownictwem dr hab. inż. Beaty Dubiel zbadała ewolucję mikrostruktury i towarzyszące jej zmiany twardości podczas wysokotemperaturowego wyżarzania nadstopu niklu Inconel 625 drukowanego w 3D w procesie selektywnego spajania warstw proszku wiązką lasera (ang. Laser Powder Bed Fusion, LPBF). W wyniku systematycznych badań określono różne mechanizmy umocnienia i osłabienia działające podczas wyżarzania nadstopu Inconel 625 LPBF w wysokiej temperaturze.

Nadstop niklu Inconel 625  charakteryzuje się dużą żarowytrzymałością w temperaturze do 800 °C oraz odpornością na korozję w agresywnym środowisku, z tego względu jest szeroko stosowany w przemyśle chemicznym, kosmicznym, lotniczym i energetycznym. Duża twardość, mała przewodność cieplna oraz słaba skrawalność sprawia, że wytwarzanie z Inconelu 625 wyrobów o złożonym kształcie jest trudne i kosztowne. Problem ten może zostać rozwiązany dzięki zastosowaniu druku 3D, ale tylko wówczas, gdy zostanie zapewniona wymagana stabilności mikrostruktury i właściwości mechanicznych podczas długotrwałej pracy w wysokiej temperaturze.

Wykorzystując różne techniki mikroskopii elektronowej zbadano mikrostrukturę  nadstopu Inconel 625 po wyżarzaniu w temperaturze z zakresu 600 - 800 °C  przez 5 - 500 h. Wyróżniono cztery etapy ewolucji mikrostruktury.

W stanie wyjściowym Inconel 625 LPBF charakteryzuje się drobnym ziarnem z mikrostrukturą komórkową, a jego twardość wynosi 300 HV10. W pierwszym etapie na granicach komórek wydzielają się cząstki fazy γ'', co prowadzi do wzrostu twardości do 383 HV10 po wyżarzaniu w 700 °C  przez 5 h. W drugim etapie cząstki fazy γ'' wydzielają się na ścianach i we wnętrzu komórek oraz powstają siatki dyslokacyjne, co skutkuje osłabieniem materiału i obniżeniem twardości do 319 HV10. W trzecim stadium wraz z wydłużeniem czasu wyżarzania temperaturze 700 °C  i 800 °C wydzielają się i rosną cząstki fazy δ, węglików M₂₃C₆ i fazy Lavesa oraz tworzą się granice podziarn, czemu towarzyszy wzrost twardości do poziomu z zakresu 340 - 350 HV10. W czwartym stadium po długotrwałym wyżarzaniu w temperaturze 800 °C zachodzi koagulacja cząstek fazy δ i węglików M₂₃C₆, a cząstki fazy Lavesa ulegają sferoidyzacji i częściowemu rozpuszczeniu. Intensywne wydzielanie i wzrost twardych cząstek fazy δ powoduje wzrost twardości do 402 HV.

    Rysunek 1. Ewolucja mikrostruktury i twardości podczas wysokotemperaturowego wyżarzania nadstopu niklu Inconel 625 drukowanego w 3D w procesie LPBF.           

Praca została zrealizowana w ramach projektu OPUS14 nr 2017/27/B/ST8/02244 finansowanego ze środków NCN.

Autor: Beata Dubiel

Link do publikacji: B. Dubiel, K. Gola, S. Staroń, H. Pasiowiec, P. Indyka, M. Gajewska, M. Zubko, I. Kalemba-Rec, T. Moskalewicz, S. Kąc, Effect of high temperature annealing on the microstructure evolution and hardness behavior of the Inconel 625 superalloy additively manufactured by laser powder bed fusion, Archives of Civil and Mechanical Engineering (2023) 23:249, https://doi.org/10.1007/s43452-023-00787-4