Ottimizzazione del trattamento termico della lega di nickel Inconel 718 prodotta per manifattura additiva

Nickel-based superalloys represent one of the most advanced and strategic materials in modern materials science and engineering. Additive manufacturing of Inconel 718, a nickel-based alloy used in high-temperature applications, requires optimized heat treatment to improve its mechanical and microstructural properties. This study aims to optimize the heat treatment of the alloy through detailed experimental analysis. The methodology adopted involved sample preparation by multi-step polishing, heat treatment in a tube furnace, chemical and electrochemical attack, followed by microstructural analysis by optical microscope, SEM and TEM, as well as EBSD and KAM analysis. In addition, Vickers hardness tests were performed to evaluate the effect of treatment on mechanical properties. Preliminary analysis on small samples identified the optimal temperature range for Solution Annealing (SA) treatment, which was later applied to larger samples, which were also subjected to Double Aging (DA) treatment. Results showed that increasing the temperature of SA treatment promoted dissolution of dendritic segregations and progressive homogenization of the microstructure. Treatment at 1050°C resulted in the greatest homogenization and recrystallization, with a reduction in segregations, although with a possible decrease in mechanical strength due to grain growth. DA treatment improved the hardness of the samples due to the stabilization of γ'' precipitates. Sample 1050DA showed the best balance between hardness and microstructural homogeneity, while sample AR-DA recorded the highest hardness, probably due to the residual presence of hard phases such as δ. EBSD analysis confirmed that SA treatment promotes grain growth and reduction of structural defects, improving ductility. KAM analysis showed an increase in structural inhomogeneity in specimens subjected to DA, with the exception of 1050DA, which maintained a good distribution of internal strain. In conclusion, the 1050DA heat treatment was found to be the most effective in maximizing the hardness and microstructural stability of the Inconel 718 alloy produced by additive manufacturing. However, the AR-DA sample showed superior hardness, suggesting interesting behavior for applications where wear resistance is a priority.

Le superleghe a base nichel rappresentano uno dei materiali più avanzati e strategici nel panorama della scienza dei materiali e dell'ingegneria moderna. L’additive manufacturing dell’Inconel 718, lega a base di nichel utilizzata in applicazioni ad alte temperature, richiede un trattamento termico ottimizzato per migliorarne le proprietà meccaniche e microstrutturali. Questo studio si propone di ottimizzare il trattamento termico della lega mediante un'analisi sperimentale dettagliata. La metodologia adottata ha previsto la preparazione dei campioni attraverso lucidatura multi-step, trattamento termico in forno tubolare, attacco chimico ed elettrochimico, seguiti da analisi microstrutturali tramite microscopio ottico, SEM e TEM, nonché analisi EBSD e KAM. Inoltre, sono state eseguite prove di durezza Vickers per valutare l’effetto del trattamento sulle proprietà meccaniche. Un’analisi preliminare su campioni di dimensioni ridotte ha permesso di identificare il range di temperature ottimale per il trattamento di Solution Annealing (SA), applicato successivamente a campioni più grandi, i quali sono stati inoltre sottoposti a un trattamento di Double Aging (DA). I risultati hanno mostrato che l’incremento della temperatura del trattamento SA favorisce la dissoluzione delle segregazioni dendritiche e un’omogeneizzazione progressiva della microstruttura. Il trattamento a 1050°C ha portato alla maggiore omogeneizzazione e ricristallizzazione, con una riduzione delle segregazioni, sebbene con un possibile decremento della resistenza meccanica dovuto alla crescita dei grani. Il trattamento DA ha migliorato la durezza dei campioni grazie alla stabilizzazione dei precipitati γ''. Il campione 1050DA ha mostrato il miglior bilanciamento tra durezza e omogeneità microstrutturale, mentre il campione AR-DA ha registrato la durezza più elevata, probabilmente per la presenza residua di fasi dure come δ. L'analisi EBSD ha confermato che il trattamento SA favorisce la crescita dei grani e la riduzione dei difetti strutturali, migliorando la duttilità. L'analisi KAM ha evidenziato un incremento della disomogeneità strutturale nei campioni sottoposti a DA, con l’eccezione del 1050DA, che ha mantenuto una buona distribuzione della deformazione interna. In conclusione, il trattamento termico 1050DA è risultato essere il più efficace nel massimizzare la durezza e la stabilità microstrutturale della lega Inconel 718 prodotta mediante additive manufacturing. Tuttavia, il campione AR-DA ha mostrato una durezza superiore, suggerendo un comportamento interessante per applicazioni in cui la resistenza all’usura è prioritaria.