Effect of Heat Treatment on Inconel 718 Metallic Part Produced by SLM Method

Abstract

Additive Manufacturing (AM), primarily Selective Laser Melting (SLM), has revolutionized the manufacture of high-grade metal parts. Due to the flexibility in design complexity and the relative economy in material use, SLM has found the place of a cutting-edge technology achieving near-full density and fine microstructures. Being an Inconel 718, this nickel-based superalloy has found an application mainly in aerospace and power-generation sectors, where it is highly valued for its superior mechanical behavior at elevated temperatures and resistance to oxidation and corrosion. However, repeated thermal gradients applied at a very short time scale during the SLM process may induce material defects, such as internal voids, residual stresses, and brittle phases, which may reduce component life.This study examines the influence of postheat treatment on internal porosity and grain structure of SLM fabricated Inconel 718. Eight cubic specimens were prepared using a Renishaw AM500 system; four specimens were tested for porosity and the rest of the specimens were used for microstructural analysis. The heat treatment was carried out at 980 °C in ambient air using a precision temperature-controlled furnace. Porosity was analyzed via image thresholding according to ASTM E1245, while structural changes were inspected using optical and scanning electron microscopy (SEM).The porosity was much decreased: 67% in perpendicular sections and 76% in parallel sections. Treatment also had a strong microstructural refinement effect as it dissolved Laves phases, precipitated γ′/γ″ strengthening phases, and created more equiaxed grains; all of it pointing to a better mechanical behavior with respect to tensile and fatigue properties. Therefore, the present results point to the necessity of tailored post processing for increasing the dependability and structural quality of the Inconel 718 components fabricated by SLM. Further mechanical testing shall be done to verify these enhancements.

Aditivní výroba (AM), primárně selektivní laserové tavení (SLM), způsobila revoluci ve výrobě vysoce kvalitních kovových dílů. Díky flexibilitě ve složitosti konstrukce a relativní hospodárnosti ve využití materiálu si SLM našla uplatnění jako špičková technologie dosahující téměř plné hustoty a jemných mikrostruktur. Tato superslitina na bázi niklu, která se nazývá Inconel 718, našla uplatnění zejména v leteckém a energetickém sektoru, kde je vysoce ceněna pro své vynikající mechanické vlastnosti při zvýšených teplotách a odolnost vůči oxidaci a korozi. Opakované tepelné gradienty aplikované ve velmi krátkém časovém horizontu během procesu SLM však mohou způsobit materiálové vady, jako jsou vnitřní dutiny, zbytková napětí a křehké fáze, což může zkrátit životnost součásti.Tato studie zkoumá vliv dodatečného tepelného zpracování na vnitřní pórovitost a strukturu zrn Inconelu 718 vyrobeného metodou SLM. Osm krychlových vzorků bylo připraveno pomocí systému Renishaw AM500; čtyři vzorky byly testovány na pórovitost a zbytek vzorků byl použit pro mikrostrukturální analýzu. Tepelné zpracování bylo provedeno při 980 °C v okolním vzduchu za použití přesné pece s řízenou teplotou. Pórovitost byla analyzována pomocí prahování obrazu dle normy ASTM E1245, zatímco strukturní změny byly kontrolovány pomocí optické a rastrovací elektronové mikroskopie (SEM). Pórovitost se výrazně snížila: o 67 % v kolmých řezech a o 76 % v rovnoběžných řezech. Zpracování mělo také silný efekt zjemnění mikrostruktury, protože rozpustilo fáze Laves, vysráželo fáze zpevňování γ′/γ″ a vytvořilo více rovnoměrně osých zrn; to vše ukazuje na lepší mechanické chování s ohledem na tahové a únavové vlastnosti.Současné výsledky proto poukazují na nutnost přizpůsobeného následného zpracování pro zvýšení spolehlivosti a strukturální kvality součástí Inconel 718 vyrobených metodou SLM. Pro ověření těchto vylepšení je třeba provést další mechanické testování.