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Requisiti speciali di trattamento termico per leghe di nichel indurite dall'invecchiamento nelle applicazioni di stampa 3D

30 ottobre 2025

Le leghe di nichel indurenti per invecchiamento (come Inconel 718 e Waspaloy) sono ampiamente utilizzate nell'industria aerospaziale, energetica e chimica grazie alla loro eccellente resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione e resistenza all'ossidazione. Tuttavia, nella stampa 3D (produzione additiva), la microstruttura di queste leghe differisce significativamente da quella della forgiatura o della fusione convenzionale a causa del rapido processo di solidificazione e deposizione strato per strato. Pertanto, sono necessari speciali processi di trattamento termico per ottimizzare le loro proprietà.

L'impatto della stampa 3D sulla microstruttura delle leghe di nichel indurite dall'età

Durante la stampa 3D, le leghe di nichel subiscono una rapida fusione e solidificazione sotto esposizione a laser ad alta energia o fascio di elettroni, portando all’affinamento del grano, alla segregazione dei dendriti e allo stress residuo ad alta densità. Questi fattori tipicamente danno luogo a leghe stampate che mostrano elevata durezza ma bassa duttilità e una distribuzione non uniforme delle fasi di rafforzamento delle precipitazioni (come C ' E C '' fasi). Pertanto, i tradizionali processi di trattamento termico potrebbero non eliminare completamente questi difetti e devono essere adattati alle caratteristiche della stampa 3D.

Requisiti speciali di trattamento termico

1. Ricottura antistress:

I componenti in lega di nichel stampati in 3D spesso contengono un elevato stress residuo, che può portare a deformazioni o fessurazioni. Pertanto, è necessaria una ricottura di distensione immediatamente dopo la stampa, generalmente mantenuta a 800–900°C per 1–2 ore, seguito da un raffreddamento lento (ad esempio, raffreddamento del forno). Questo processo riduce efficacemente lo stress interno e migliora la stabilità dimensionale senza alterare significativamente le proprietà meccaniche della lega.

2. Trattamento risolutivo:

Le proprietà finali delle leghe di nichel indurenti per invecchiamento dipendono dalla precipitazione delle fasi che rinforzano le precipitazioni (come C ' E C '' fasi), ma queste fasi potrebbero non essere completamente formate o distribuite in modo non uniforme nello stato stampato. Pertanto, il trattamento con la soluzione (tipicamente a 950–1100°C) è fondamentale per:

Dissoluzione dei composti intermetallici grossolani (come la fase Laves) formati durante la stampa.

Omogeneizzare omogeneamente la composizione della lega e ridurre la segregazione.

Fornire una struttura di matrice ideale per il successivo trattamento di invecchiamento.

Dopo il trattamento della soluzione, è necessario un raffreddamento rapido (tempra in acqua o tempra in gas) per evitare la precipitazione prematura delle fasi di rinforzo.

3. Trattamento dell'invecchiamento

Lo scopo del trattamento di invecchiamento è migliorare la robustezza e la resistenza al creep della lega controllando la precipitazione delle fasi precipitate. Per le leghe di nichel stampate in 3D, i processi di invecchiamento sono generalmente più rigorosi rispetto ai processi tradizionali. Gli approcci comuni includono:

Invecchiamento a stadio singolo (ad esempio, 720°C × 8 ore + raffreddamento ad aria + 620°C × 8 ore + raffreddamento ad aria), adatto per Inconel 718.

Invecchiamento a più stadi (ad esempio, 845°C × 1 ora + 760°C × 1 ora + 650°C × 8 ore), utilizzata per ottimizzare il potenziamento sinergico del C ' E C '' fasi.

A causa della microstruttura più fine delle leghe stampate in 3D, potrebbe essere necessario regolare con precisione la temperatura e il tempo di invecchiamento per evitare un eccessivo ingrossamento delle fasi precipitate, che potrebbe portare a un degrado delle prestazioni.

4. Trattamento assistito con pressatura isostatica a caldo (HIP) (opzionale)

Alcuni componenti in lega di nichel stampati in 3D possono essere sottoposti a post-trattamento mediante pressatura isostatica a caldo (HIP), in genere a 1100–1150°C e 100–150 MPa per 2–4 ore. L'HIP può chiudere ulteriormente i micropori, aumentare la densità e migliorare l'uniformità della microstruttura e viene spesso utilizzato insieme al trattamento della soluzione e ai processi di invecchiamento.

Requisiti speciali di trattamento termico per leghe di nichel indurite dall'invecchiamento nelle applicazioni di stampa 3D

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