Mechanical properties of heat-resistant superalloy INCONEL 718 obtained by selective laser melting and heat treatment under different load directions

Abstract

Адитивне виробництво – це перспективний сучасний напрям, який дозволяє швидко і з високою точністю пошарово виготовляти складнопрофільні вироби за комп’ютерною моделлю практично з будь-яких металевих порошків. Роботу присвячено дослідженню впливу орієнтації зразка при 3-D друку і режимів термічної обробки на механічні властивості зразків, виготовлених з жароміцного нікелевого сплаву Inconel 718, виготовленого за SLM-технологією. При дослідженні впливу положення зразка при друці було встановлено, що показники міцності незначно вищі для вертикальних зразків (до 9%), а пластичність нижча в середньому на 20%. Після стандартної термічної обробки, яка складається з двох стадій (гартування та старіння) з охолодженням на спокійному повітрі показники міцності вертикально й горизонтально побудованого зразків дуже близькі (різниця становить до 3%). Показники пластичності для горизонтального положення зразка при друці вище на 10% і 30%. За макрогеометрією досліджувані зразки мають чашковий злам, за мікрофракторамами встановлено, що механізм руйнування в’язкий та квазікрихкий. У початковому стані, який формується при 3-D друці, спостерігалися ознаки в’язкого руйнування: тріщина розповсюджується в основному шляхом поділу металу по площинах, які не збігаються з кристалографічними площинами ділянок. В основному поверхня їх руйнування у вигляді ямок, мікрозаглибин на поверхні руйнування, що являють собою розкриті поверхні мікропорожнеч, які утворилися в процесі пластичної течії металу. При дослідженні металу дослідних зразків у полірованому стані встановлено, що зразки № 1–5 мали високу суцільність (низьку пористість), спостерігали невелику кількість оксидних включень. Встановлено, що наявність дефектів у вигляді мікропор не призвела до істотного зниження механічних властивостей дослідних зразків.

Additive manufacturing is a promising modern direction that allows quickly and with high accuracy layer-by-layer manufacture of complex-shaped products using a computer model from almost any metal powders. This work is devoted to the study of the influence of specimen orientation during 3-D printing and heat treatment modes on the mechanical properties of specimens made of Inconel 718 heat-resistant nickel alloy manufactured using SLM technology. In the study of the position of the specimen during printing, it was found that the strength indicators are slightly higher for vertical specimens (up to 9%), and the plasticity is lower on average by 20%. After standard heat treatment, which consists of two stages (quenching and aging) with cooling in quiet air, the strength values of vertically and horizontally constructed specimens are very close (the difference is up to 3%).The plasticity values for the horizontal position of the specimen when printing are 10% and 30% higher. According to macrogeometry, the specimens under study have cup fracture; according to microfractors, it was established that the fracture mechanism is viscous and quasi-brittle. In the initial state, which is formed by 3-D printing, there were signs of viscous fracture: the crack propagates mainly by separating the metal in planes that do not coincide with the crystallographic planes of the sections, mainly the fracture surface in the form of pits - microdepressions on the fracture surface. representing the exposed surfaces of the microvoids formed during the plastic flow of the metal. In the study of the metal of the test specimens in the polished state, it was found that specimens No. 1-5 had high integrity (low porosity), a small amount of oxide inclusions was observed. The study found that the presence of defects in the form of micropores did not lead to a significant reduction in the mechanical properties of the test samples.