Исследование фазового состава никелевого сплава Inconel 718, полученного аддитивной технологией

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. На протяжении последнего десятилетия аддитивное производство, основанное на создании изделий по электронной модели путем добавления материала слой за слоем, активно внедряется в производственный цикл изготовления сложнопрофильных изделий. Однако до сих пор не разработаны стандарты для материалов, сформированных по данным технологиям. Инженеры и ученые стремятся достигнуть механических свойств аддитивно полученных материалов, соответствующих свойствам материалов, сформированных стандартными способами. Жаропрочные никелевые сплавы, упрочняемые по твердорастворному и дисперсионному механизму, являются незаменимыми материалами в производстве авиационных турбореактивных двигателей. Помимо высоких механических свойств, достигаемых комплексной термической обработкой, такие детали зачастую обладают сложным профилем. Комбинирование новых аддитивных технологий с жаропрочными материалами является перспективным направлением как в промышленности, так и в науке. Понимание фазовых процессов, происходящих в материале со сложным тепловым влиянием при послойном производстве, активно исследуется инженерами. Цель работы – изучить фазовый состав жаропрочного никелевого сплава, изготовленного высокоскоростным прямым лазерным выращиванием в различных зонах слоя, сопоставив с полученными результатами механических испытаний. Методы исследования. Структура изучена методами оптической микроскопии и РЭМ. Фазовый состав проанализирован с использованием РФА, ПЭМ. Результаты микротвердости и относительного удлинения получены при комнатной температуре. Результаты.  Показано, что в материале отсутствуют поры и трещины. Структура сплава представлена типичным для аддитивного производства направленным дендритным строением с наличием переходной зоны. В различных зонах термического влияния происходят закономерные морфологические изменения фазы Лавеса и фазовые перераспределения карбидных включений. В материале не выявлены основные упрочняющие γ′/γ″ с фазы, при этом идентифицирована δ-фаза на начальной стадии формирования. Значения микротвердости сплава находятся в нижнем допустимом пределе. При повышенном относительном удлинении, значения ?в и ?т остаются низкими для данного материала по сравнению со стандартными технологиями.

Об авторах

М. В. Рашковец

Email: mrashkovets@mail.ru
Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия, mrashkovets@mail.ru

А. А. Никулина

Email: _aelita27@mail.ru
канд. техн. наук, доцент, Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия, _aelita27@mail.ru

О. Г. Климова-Корсмик

Email: o.klimova@ltc.ru
канд. техн. наук, Санкт-Петербургский политехнический университет (Институт лазерных и сварочных технологий), Политехническая, 29, г. Санкт-Петербург, 195251, Россия, o.klimova@ltc.ru

К. Д. Бабкин

Email: babkin_kd@spbstu.ru
Санкт-Петербургский политехнический университет (Институт лазерных и сварочных технологий), Политехническая, 29, г. Санкт-Петербург, 195251, Россия, babkin_kd@spbstu.ru

О. Э. Матц

Email: o.matts@mail.ru
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия, o.matts@mail.ru

М. Маццаризи

Email: marco.mazzarisi@poliba.it
Политехнический университет г. Бари (Кафедра математики, механики и менеджмента), marco.mazzarisi@poliba.it

Список литературы

  1. Sims Ch., Hagel W. The superalloys. – New York: Wiley, 1974. – 568 p.
  2. Колачев Б.А., Елагин В.И. Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. – М.: МИСИС, 1999. – 416 с. – ISBN 5-87623-027-8.
  3. Richards N.L., Huang X., Chaturvedi M.C. Heat affected zone cracking in cast inconel 718 // Materials Characterization. – 1992. – Vol. 28, N 4. – P. 179–187. – doi: 10.1016/1044-5803(92)90080-2.
  4. A comparative study on fiber laser and CO2 laser welding of Inconel 617 / W. Ren, F. Lu, R. Yang, X. Liu, Zh. Li // Materials & Design. – 2015. – Vol. 76. – P. 207–214. – doi: 10.1016/j.matdes.2015.03.033.
  5. Studies on the weldability, microstructure and mechanical properties of activated flux TIG weldments of Inconel 718 / K.D. Ramkumar, B.M. Kumar, M. Gokul Krishnan, S. Dev, A.J. Bhalodi, N. Arivazhagan, S. Narayanan // Materials Science and Engineering: A. – 2015. – Vol. 639. – P. 234–244. – doi: 10.1016/j.msea.2015.05.004.
  6. Microstructures and mechanical properties of Inconel 718 welds by CO2 laser welding / J.K. Hong, J.H. Park, N.K. Park, I.S. Eom, M.B. Kim, C.Y. Kang // Journal of Materials Processing Technology. – 2008. – Vol. 201, N 1–3. – P. 515–520. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2007.11.224.
  7. The failure mechanism of 50% laser additive manufactured Inconel 718 and the deformation behavior of Laves phases during a tensile process / S. Sui, J. Chen, X.L. Ming, S.P. Zhang, X. Lin, W.D. Huang // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2017. – Vol. 91. – P. 2733–2740. – doi: 10.1007/s00170-016-9901-9.
  8. Precipitation behavior of Fe2Nb Laves phase on grain boundaries in austenitic heat resistant steels / S.W. Chen, C. Zhang, Z.X. Xia, H. Ishikawa, Z.G. Yang // Materials Science and Engineering: A. – 2014. – Vol. 616. – P. 183–188. – doi: 10.1016/j.msea.2014.07.104.
  9. Microstructure of carbides at grain boundaries in nickel based superalloys / X. Dong, X. Zhang, K. Du, Yi. Zhou // Journal of Materials Science & Technology. – 2012. – Vol. 28, N 11. – P. 1031–1038. – doi: 10.1016/S1005-0302(12)60169-8.
  10. On the crystallography and composition of topologically close-packed phases in ATI 718 Plus / R. Krakow, D.N. Johnstone, A.S. Eggeman, D. Hünert, M.C. Hardy, C.M.F. Rae, P.A. Midgley // Acta Materialia. – 2017. – Vol. 130. – P. 271–280. – doi: 10.1016/j.actamat.2017.03.038.
  11. Vishwakarma K.R., Richards N.L., Chaturvedi M.C. Microstructural analysis of fusion and heat affected zones in electron beam welded ALLVAC® 718PLUS™ superalloy // Materials Science and Engineering: A. – 2008. – Vol. 480, N 1–2. – P. 517–528. – doi: 10.1016/j.msea.2007.08.002.
  12. Microstructural evolution and mechanical properties of Inconel 718 superalloy thin wall fabricated by pulsed plasma arc additive manufacturing / K.Y. Wang, Yu. Liu, Zh. Sun, J. Lin, Ya. Lv, B. Xu // Journal of Alloys and Compounds. – 2020. – Vol. 819. – doi: 10.1016/j.jallcom.2019.152936.
  13. Inconel 718 is a Gamma Prime strengthened alloy with excellent mechanical properties at elevated temperatures. – URL: https://www.hpalloy.com/Alloys/descriptions/INCONEL718.aspx (accessed: 13.08.2020).
  14. High powder CO2 and Nd-YAG laser welding of wrought Inconel 718 / S. Gobbi, L. Zhang, J. Norris, K.H. Richter, J.H. Loreau // Journal of Materials Science & Technology. – 1996. – Vol. 56, N 1–4. – P. 333–345. – doi: 10.1016/0924-0136(95)01847-6.
  15. Голиков И.Н., Масленков С.Б. Дендритная ликвация в сталях и сплавах. – М.: Металлургия, 1977. – 223 с.
  16. Microstructure and tensile properties of Inconel 718 pulsed Nd-YAG laser welds / G.D.J. Ram, A.V. Reddy, K.P. Rao, G.M. Reddy, J.K.S. Sundar // Journal of Materials Science & Technology. – 2005. – Vol. 167. – P. 73–82. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2004.09.081.
  17. Effect of preand post-weld heat treatment on metallurgical and tensile properties of Inconel 718 alloy butt joints welded using 4 kWNd: YAG laser / X. Cao, B. Rivaux, M. Jahazi, J., Cuddy A. Birur // Journal of Materials Science. – 2009. – Vol. 44, N 17. – P. 4557–4571. – doi: 10.1007/s10853-009-3691-5.
  18. Antonsson T., Frederiksson H. The effect of cooling rate on the solidification of Inconel 718 // Metallurgical and Materials Transactions B. – 2005. – Vol. 36. – P. 85–101. – doi: 10.1007/s10853-009-3691-5.
  19. Nie P., Ojo O.A., Li Z. Numerical modeling of microstructure evolution during laser additive manufacturing of a nickel-based superalloy // Acta Materialia. – 2014. – Vol. 77. – P. 85–95. – doi: 10.1016/j.actamat.2014.05.039.
  20. Microstructure and elevated temperature mechanical properties of IN718 alloy fabricated by laser metal deposition / Y. Zhang., L. Yang, W. Lu, D. Wei, T. Meng, Sh. Gao // Materials Science and Engineering: A. – 2020. – Vol. 771. – P. 138580. – doi: 10.1016/j.msea.2019.138580.
  21. Goods S.H., Brown L.M. Overview N 1: The nucleation of cavities by plastic deformation // Acta Metallurgica. – 1978. – Vol. 27. – P. 1–15. – doi: 10.1016/0001-6160(79)90051-8.
  22. Microstructural and texture development in direct laser fabricated IN718 / L.L. Parimi, G.A. Ravi, D. Clark, M.M. Attallah // Materials Characterization. – 2014. – Vol. 89. – P. 102–111. – doi: 10.1016/j.matchar.2013.12.012.
  23. The influence of Laves phases on the high-cycle fatigue behavior of laser additive manufactured Inconel 718 / Sh. Sui, J. Chen, E. Fan, H. Yang, X. Lin, W. Huang // Materials Science & Engineering A. – 2017. – Vol. 695. – P. 6–13. – doi: 10.1016/j.msea.2017.03.098.
  24. Lindley T.C., Oates G., Richards C.E. A critical of carbide cracking mechanisms in ferride/carbide aggregates // Acta Metallurgica. – 1979. – Vol. 18. – P. 1127–1136. – doi: 10.1016/0001-6160(70)90103-3.
  25. Sundararaman M., Mukhopadhyay P., Banerjee S. Carbide precipitation in nickel base superalloys 718 and 625 and their effect on mechanical properties // Superalloys 718, 625 and various derivatives. – Warrendale, PA, USA: The Minerals, Metals and Materials Society, 1997. – P. 367–378.
  26. Microstructures and stress rupture properties of pulse laser repaired Inconel 718 superalloy after different heat treatments / Sh. Sui, J. Chen, L. Ma, W. Fan, H. Tan, F. Liu, X. Lin // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – Vol. 770. – P. 125–135. – doi: 10.1016/j.jallcom.2018.08.063.
  27. Sivaprasad K., Raman S.G.S. Influence of magnetic arc oscillation and current pulsing on fatigue behavior of alloy 718 TIG weldments // Materials Science and Engineering: A. – 2007. – Vol. 448 B. – P. 120–127. – doi: 10.1016/j.msea.2006.10.048.
  28. Qi H., Azer M., Ritter A. Studies of standard heat treatment effects on microstructure and mechanical properties of laser net shape manufactured INCONEL 718 // The Minerals, Metals & Materials Society and ASM International. – 2009. – Vol. 40 A. – P. 2410–2422. – doi: 10.1007/s11661-009-9949-3.
  29. Effect of standard heat treatment on the microstructure and mechanical properties of hot isostatically pressed superalloy Inconel 718 / G.A. Rao, M. Kumar, M. Srinivas, D.S. Sarma // Materials Science and Engineering A. – 2003. – Vol. 355. – P. 114–125. – doi: 10.1016/S0921-5093(03)00079-0.
  30. Qi H., Azer M., Ritter A. Studies of standard heat treatment effects on microstructure and mechanical properties of laser net shape manufactured INCONEL 718 // The Minerals, Metals & Materials Society and ASM International. – 2009. – Vol. 40 A. – P. 2410–2422. – doi: 10.1007/s11661-009-9949-3.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».