Heat treatment of Inconel 718 manufactured by laser powder bed fusion

Abstract

IN718 has excellent mechanical and chemical properties. Due to its high strength, and resistance to corrosion and heat, it is widely used in variety engineering applications. One of the drawbacks of using Inconel 718 (IN718) is machining which is difficult and slow to perform. For this reason, additive manufacturing (AM) gains more and more attention as an alternative production method for IN718. Rapid heating and cooling during the laser powder bed fusion process (L-PBF) causes residual stresses, porosity, and inhomogeneous microstructure containing detrimental phases. Heat treatment processes can have considerable effect on the mechanical properties of additively manufactured IN718.

The aim of this bachelor’s thesis is to review the effect of different types of heat treatment methods on the microstructural and mechanical behavior of IN718 that is manufactured by L-PBF. To achieve this aim, a state-of-the-art literature review is performed.

It was found out that heat treatment can be used to improve the mechanical properties and the composition of microstructure. The heat treatment methods that are used for additively manufactured IN718 were similar to the ones used for conventionally produced IN718. Homogenization and solutioning combined with double aging provided the best result. The temperature used in homogenization and solutioning needed to be higher than the one used for conventionally produced IN718 due to the microstructural differences.

Inconel 718:lla on erinomaiset mekaaniset ja kemialliset ominaisuudet. Korkean lujuuden ja lämmön- ja korroosionkeston vuoksi sitä käytetään paljon tekniikan sovelluksissa. Yksi Inconel 718:n käytön huonoista puolista on koneistuksen tarve, joka on hidasta ja työlästä. Tämän vuoksi lisäävä valmistus saavuttaa yhä enemmän huomiota vaihtoehtoisena tuotantotapana. Nopeasti vaihteleva lämpötila laserpohjaisen jauhepetisulatuksen aikana aiheuttaa IN718:sta tehtyihin kappaleisiin jäännösjännityksiä, huokoisuutta ja epähomogeenisen mikrorakenteen, jossa on haitallisia faaseja. Lämpökäsittelyllä voi vaikuttaa suuresti lisäävällä valmistuksella tuotetun Inconel 718:n ominaisuuksiin.

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena oli selvittää eri lämpökäsittelymenetelmien vaikutusta laserpohjaisella jauhepetisulatuksella valmistetun Inconel 718:n mikrorakenteeseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Työ suoritettiin kirjallisuuskatsauksena, jossa etsittiin ja koottiin uusinta tietoa aiheesta eri tietokannoista.

Kirjallisuuskatsauksen perusteella huomattiin, että lämpökäsittelyllä voidaan parantaa mekaanisia ominaisuuksia ja mikrorakenteen koostumusta. Lisäävällä valmistuksella tuotetulle Inconel 718:lle voidaan käyttää hyvin samanlaista lämpökäsittelyä, kuin perinteisillä menetelmillä tuotetulle Inconel 718:lle. Homogenisoinnilla ja liuotushehkutuksella yhdistettynä kaksinkertaiseen vanhennukseen päästään parhaisiin tuloksiin. Homogenisoinnin ja Liuotushehkutuksen lämpötilan täytyy olla korkeampi lisäävällä valmistuksella tuotetulla Inconel 718:lla, koska sen mikrorakenne eroaa perinteisesti valmistetusta Inconel 718:sta.