Materialkvalitet til INCONEL 718 additivt tilvirket av skrapmetallbasert pulver

Abstract

Additive tilvirkningsteknikker er mer og mer aktuelt som produksjonsmetode. Dette gjør at man raskt kan produsere prototyper eller nye deler, bygge på eller reparere eksisterende deler. Det grønne skiftet er her, og F3Nice har spesialisert seg på å produsere pulver til bruk i additive tilvirkningsmetoder kun av skrapmetall. Dette vil være gunstig for miljøet og økonomien, da det vil være mulig å gjenbruke gamle materialer for å produsere nye deler. Oppgaven nå går ut på å teste de mekaniske egenskapene til Inconel 718, som er 3D-printet med DLD («direct laser deposition»), kun basert på pulver av skrapmetall. Prøvene er løsningsvarmebehandlet på 1100°C i 3 timer, og deretter prespitatherdet på to ulike måter. Ett sett er prespitatherdet ved 700°C i 12 timer, mens et annet sett er prespitatherdet ved 720°C i 8 timer, og deretter ved 620°C i nye 8 timer. Det er i tillegg gjort noen forsøk av prøver som er i printet tilstand, og noen undersøkelser av et prøvesett som ble prespitatherdet i 21 timer ved 700°C. Det er gjennomført hardhetstesting, strekkprøving og skårslagsprøving, samt mikroskopi- og spektrometrianalyser. Testene viser at prespitatherdingen spiller en stor rolle hva gjelder de mekaniske egenskapene, og printeretningen ikke like mye. De hardeste prøvene har en gjennomsnittlig hardhet på 459,8 +/- 13,8 HV. Alle prespitatherdete prøver hadde større hardhet enn det printede materialet. For strekktest viste de to-trinnsherdete prøvene høyest strekkfasthet, opp mot 1200 MPa. Skårslagsprøvingen viste at det er de prøvene som var prespitatherdet i ett trinn som hadde den høyeste slagseigheten, mens prøvene som har vært herdet i to trinn hadde de laveste verdiene. Skårslagsprøvingen avdekket også at det er klar variasjon innad i blokken, og de horisontale prøvene som ble tatt fra bunnen av blokken viste klart høyest slagseighet. Bruddflatene fra både skårslagsprøving og strekktest viste generelt at materialet er mest duktilt. Mikroskopiundersøkelser avdekker at mikrostrukturen klart er endret etter varmebehandling, og sprø faser som lavesfase er godt oppløst. Transmisjonselektronmikroskopi avdekker at det er dannet godt med styrkningsprespitater etter herdingsprosessene, og det er ikke påvist deltafase i prøvene. Det er flere undersøkelser som kunne vært gjort, men denne oppgaven danner et grunnlag som kan jobbes videre på. Generelt virker det å være gode resultater, og både løsningsvarmebehandlingen og prespitatherdingen må sies å være suksess, men det er observert noen defekter som porer i ulike deler av prøvene, noe som vil påvirke de mekaniske egenskapene.

Additive manufacturing techniques are becoming increasingly relevant as a production method. This allows for the rapid production of prototypes or new parts, as well as building upon or repairing existing parts. The green shift is here, and F3Nice has specialized in producing powders for use in additive manufacturing methods solely from scrap metal. This will be beneficial for the environment and the economy, as it will be possible to reuse old materials to produce new parts. The task now is to test the mechanical properties of Inconel 718, which is 3D-printed using DLD (Direct Laser Deposition), based solely on scrap metal powder. The samples are solution heat-treated at 1100°C for 3 hours, and then pre-solution heat-treated in two different ways. One set is pre-solution heat-treated at 700°C for 12 hours, while another set is pre-solution heat-treated at 720°C for 8 hours, and then at 620°C for another 8 hours. Additionally, some samples have been tested in their printed state, and some investigations have been carried out on a sample set that was pre-solution heat-treated for 21 hours at 700°C. Hardness testing, tensile testing, and impact testing, as well as microscopy and spectroscopic analysis, have been conducted. The tests show that pre-solution heat treatment plays a significant role in the mechanical properties, while the printing direction does not play as much of a role. The hardest samples have an average hardness of 459.8 +/- 13.8 HV. All pre-solution heat-treated samples had greater hardness than the printed material. For tensile testing, the two-step heat-treated samples showed the highest tensile strength, up to 1200 MPa. The impact testing showed that the samples that were pre-solution heat-treated in one step had the highest impact toughness, while the samples that were heat-treated in two steps had the lowest values. The impact testing also revealed clear variation within the block, and the horizontal samples taken from the bottom of the block showed significantly higher impact toughness. Fracture surfaces from both impact testing and tensile testing generally showed that the material is most ductile. Microscopy examinations revealed that the microstructure has clearly changed after heat treatment, and brittle phases such as the laves phase are well dissolved. Transmission electron microscopy revealed that there are plenty of strengthening precipitates formed after the hardening processes, and no delta phase was detected in the samples. There are several investigations that could have been done, but this task forms a basis for further work. Overall, there seem to be good results, and both the solution heat treatment and pre-solution heat treatment can be considered successful, but some defects such as pores have been observed in various parts of the samples, which will affect the mechanical properties