Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Особенности структуры и разрушения сплава Inconel 718, изготовленного методом электронно-лучевого сплавления

А. Ю. Жиляков, Д. В. Пырин, Д. С. Попкова, М. А. Жилякова, С. В. Беликов, Е. Н. Попова

Аннотация


Исследован жаропрочный сплав Inconel 718, изготовленный по различным режимам электронно-лучевого сплавления. Проанализированы фазовый состав и особенности микроструктуры сплава в исходном состоянии и после упрочняющей термической обработки. Изучены изломы образцов сплава после испытаний на одноосное растяжение. Установлено, что разрушение материала происходит по вязкому механизму. Однако в изломах присутствует значительное количество дефектов в виде непроплавленных участков и пористости, что характерно для изделий, полученных аддитивными технологиями из порошковых материалов. Показано, что разрушение сплава провоцируется наличием в структуре непроплавленных участков и интерметаллидных частиц δ-фазы.

Ключевые слова


никелевые сплавы; Inconel 718; аддитивное производство; электронно-лучевое сплавление; фазовый состав; микроструктура; поверхности разрушения; фрактография; одноосное растяжение

Полный текст:

PDF

Литература


Sims Ch., Hagel W. The superalloys. New York: Wiley, 1974. 568 p.

Колачев Б. А., Ливанов В. А., Елагин В. И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1981. 416 с.

Ezugwu E., Wang Z., Machado A. The machinability of nickel-based alloys: a review // J. Mater. Process. Technol. 1999. V. 86, Is. 1 – 3. P. 1 – 16. DOI: 10.1016/ S0924-0136(98)00314-8

Sui S., Chen J., Zhang R. et al. The tensile deformation behavior of laser repaired Inconel 718 with a non-uniform microstructure // Mater. Sci. Eng. A. 2017. V. 688. P. 480 – 487. DOI: 10.1016/j.msea.2017.01.110

Wan H., Zhou Z. J., Li C. P. et al. Effect of scanning strategy on grain structure and crystallographic texture of Inconel 718 processed by selective laser melting // J. Mater. Process. Technol. 2018. V. 10, Is. 34. P. 1799 – 1804. DOI: 10.1016/ j.jmst.2018.02.002

Tucho W. M., Cuvillier P., Sjolyst-Kverneland A., Hansen V. Microstructure and hardness studies of Inconel 718 manufactured by selective laser melting before and after solution heat treatment // Mater. Sci. Eng. A. 2017. V. 689. P. 220 – 232. DOI: 10.1016/j.msea.2017.02.062

Zhao X., Rashid A., Strondl A. et al. Role of superficial defects and machining depth in tensile properties of electron beam melting (EBM) made Inconel 718 // J. Mater. Eng. Perform. 2021. V. 30, Is. 6. P. 1 – 11. DOI: 10.1007/s11665-021-05487-9

Nunes R. M., Pereira D., Clarke T. et al. Delta phase characterization in Inconel 718 alloys through x-ray diffraction // ISIJ International. 2015. V. 55, Is. 11. P. 2450 – 2454. DOI: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2015-111

Donachie M. J., Donachie S. J., James S. Superalloys: a Technical Guide. ASM International, 2002. 439 p. DOI: 10.31399/asm.tb.stg2.9781627082679

Amato K. N., Gaytan S. M., Murr L. E. et al. Microstructures and mechanical behavior of Inconel 718 fabricated by selective laser melting // Acta Mater. 2012. V. 60, Is. 5. P. 2229 – 2239. DOI: 10.1016/j.actamat.2011.12.032

Hong J. K., Park J. H., Park N. K. et al. Microstructures and mechanical properties of Inconel 718 welds by CO2 laser welding // J. Mater. Process. Technol. 2008. V. 201, Is. 1. P. 515 – 520. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2007.11.224

Рашковец М., Никулина А., Бабкин К. и др. Исследование фазового состава никелевого сплава Inconel 718, полученного аддитивной технологией // Обработка материалов (технология, оборудование, инструменты). 2020. № 22(3). С. 69 – 81. DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.3-69-81

Dong X., Zhang X., Du K., Zhou Yi. Microstructure of carbides at grain boundaries in nickel based superalloys // J. Mater. Sci. Technol. 2012. V. 28, Is. 11. P. 1031 – 1038. DOI: 10.1016/S1005-0302(12)60169-8

Krakow R., Johnstone D. N., Eggeman A. S. et al. On the crystallography and composition of topologically close-packed phases in ATI 718 Plus // Acta Mater. 2017. V. 130. P. 271 – 280. DOI: 10.1016/j. actamat.2017.03.038

Weldek S. T., Fielder R. D. Superalloys 718, 625, 706 and various derivatives // In: Proceedings of the International Symposium on Superalloys. Warrandale, PA, 1994. P. 167 – 176.

Appa Rao G., Kumar M., Srinivas M., Sarma D. Effect of standard heat treatment on the microstructure and mechanical properties of hot isostatically pressed superalloy Inconel 718 // Mater. Sci. Eng. A. 2003. V. 355, Is. 1 – 2. P. 114 – 125. DOI: 10.1016/S0921-5093(03)00079-0

Mclouth T. D., Bean G. E., Witkin D. B. et al. The effect of laser focus shift on microstructural variation of Inconel 718 produced by selective laser melting // Mater. Des. 2018. V. 149. P. 205 – 213. DOI: 10.1016/j.matdes.2018.04.019

Jia Q., Gu D. Selective laser melting additive manufacturing of Inconel 718 superalloy parts: Densification, microstructure and properties // J. Alloy. Compd. 2014. V. 585. P. 713 – 721. DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.09.171

Wang H., Wang L., Cui R. et al. Differences in microstructure and nano-hardness of selective laser melted Inconel 718 single tracks under various melting modes of molten pool // J. Mater. Res. Technol. 2020. V. 9, Is. 5. P. 10401 – 10410. DOI: 10.1016/j.jmrt.2020.07.029

Popovich V. A., Borisov E. V., Popovich A. A. et al. Functionally graded Inconel 718 processed by additive manufacturing: crystallographic texture, anisotropy of microstructure and mechanical properties // Mater. Des. 2016. V. 114. P. 441 – 449. DOI: 10.1016/j.matdes.2016.10.075

Brown A. R., Radavich J. F., Stinner P. Superalloys 718, 625, 706 and various derivatives // In: Proceedings of the International Symposium on Superalloys. Warrandale, PA, 1989. P. 623 – 629.

Sugihara T., Enomoto T. High speed machining of Inconel 718 focusing on tool surface topography of CBN tool // Procedia Manuf. 2015. V. 1, Is. 1 – 4. P. 675 – 682. DOI: 10.1016/ j.promfg.2015.09.010

Rana K., Rinaldi S., Imbrogno S. et al. 2D FE prediction of surface alteration of inconel 718 under machining condition // Procedia CIRP. 2016. V. 45. P. 227 – 230. DOI:10.1016/ j.procir.2016.02.346

Costes J. P., Guillet Y., Poulachon G., Dessoly M. Tool-life and wear mechanisms of CBN tools in machining of inconel 718 // Int. J. Mach. Tools Manuf. 2007. V. 47, Is. 7 – 8. P. 1081 – 1087. DOI: 10.1016/j.ijmachtools. 2006.09.031

Parida A. K., Maity K. Comparison the machinability of Inconel 718, Inconel 625 and Monel 400 in hot turning operation // Eng. Sci. Technol. Int. J. 2018. V. 21, Is. 3. P. 364 – 370. DOI: 10.1016/j.jestch.2018.03.018

Vaezi M., Seitz H., Yang S. F. A review on 3D micro-additive manufacturing technologies // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2012. V. 67, Is. 5 – 8. P. 1721 – 1754. DOI: 10.1007/ s00170-012-4605-2

Sames W. J., Unocic K. A., Dehoff R. R. et al. Thermal effects on microstructural heterogeneity of Inconel 718 materials fabricated by electron beam melting // J. Mater. Res. 2014. V. 29, Is. 17. P. 1920 – 1930. DOI: 10.1557/jmr.2014.140

Tammas-Williams S., Zhao H., Leonard F. et al. XCT analysis of the influence of melt strategies on defect population in Ti – 6Al – 4V components manufactured by selective electron beam melting // Mater. Charact. 2015. V. 102. P. 47 – 61. DOI: 10.1016/j.matchar.2015.02.008

Wang F., Williams S., Colegrove P., Antonysamy A. A. Microstructure and mechanical properties of wire and arc additive manufactured Ti — 6Al — 4V // Metall. Mater. Trans. A. 2012. V. 44, Is. 2. P. 968 – 977. DOI: 10.1007/ s11661-012-1444-6

Antonysamy A. A., Prangnell P. B., Meyer J. Effect of wall thickness transitions on texture and grain structure in additive layer manufactured (ALM) of Ti – 6Al – 4V // Mater. Sci. Forum. 2012. V. 706 – 709. P. 205 – 210. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.706-709.205

Wang Z., Guan K., Gao M. et al. The microstructure and mechanical properties of deposited-IN718 by selective laser melting // J. Alloy. Compd. 2012. V. 513. P. 518 – 523. DOI: 10.1016/j.jallcom.2011.10.107

Hilaire A., Andrieu E., Wu X. High-temperature mechanical properties of alloy 718 produced by laser powder bed fusion with different processing parameters // Addit. Manuf. 2019. V. 26. P. 147 – 160. DOI: 10.1016/j.addma.2019.01.012

Gribbin S., Bicknell J., Jorgensen L. et al. Low cycle fatigue behavior of direct metal laser sintered Inconel alloy 718 // Int. J. Fatigue. 2016. V. 93. P. 156 – 167. DOI: 10.1016/ j.ijfatigue.2016.08.019

Kirka M. M. Current Research at ORNL: High Temperature Alloy Development and Process Monitoring, 2017.

Knapp G. L., Raghavan N., Plotkowski A., DebRoy T. Experiments and simulations on solidification microstructure for Inconel 718 in powder bed fusion electron beam additive manufacturing // Addit. Manuf. 2019. V. 25. P. 511 – 521. DOI: 10.1016/j.addma.2018.12.001

Price S., Cheng B., Lydon J. et al. On process temperature in powder-bed electron beam additive manufacturing: process parameter effects // J. Manuf. Sci. Eng. 2014. V. 136, Is. 6. P. 061019. DOI: 10.1115/1.4028485

Kirka M. M., Greeley D. A., Hawkins C., Dehoff R. R. Effect of anisotropy and texture on the low cycle fatigue behavior of Inconel 718 processed via electron beam melting // Int. J. Fatigue. 2017. V. 105. P. 235 – 243. DOI: 10.1016/j.ijfatigue. 2017.08.021

Sames W. J., Unocic K. A., Helmreich G. W. et al. Feasibility of in situ controlled heat treatment (ISHT) of Inconel 718 during electron beam melting additive manufacturing // Addit. Manuf. 2017. V. 13. P. 156 – 165. DOI: 10.1016/j.addma. 2016.09.001

Kirka M. M., Medina F., Dehoff R., Okello A. Mechanical behavior of post-processed Inconel 718 manufactured through the electron beam melting process // Mater. Sci. Eng. A. 2017. V. 680. P. 338 – 346. DOI: 10.1016/j.msea.2016.10.069

Deng D., Moverare J., Peng R. L., Söderberg H. Microstructure and anisotropic mechanical properties of EBM manufactured Inconel 718 and effects of post heat treatments // Mater. Sci. Eng. A. 2017. V. 693. P. 151 – 163. https://doi.org/ 10.1016/j.msea.2017.03.085

Zhao X., Dadbakhsh S., Rashid A. Contouring strategies to improve the tensile properties and quality of EBM printed Inconel 625 parts // J. Manuf. Process. 2021. V. 62. P. 418 – 429. DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.12.007

Prabhakar P., Sames W. J., Dehoff R., Babu S. S. Computational modeling of residual stress formation during the electron beam melting process for Inconel 718 // Addit. Manuf. 2015. V. 7. P. 83 – 91. DOI: 10.1016/j.addma.2015.03.003




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2024.5.48-55

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2024