Influenza del trattamento di Invecchiamento sulla corrosione e le proprietà meccaniche dell’Alloy 625 convenzionale e prodotto tramite Additive Manufacturing
Questo caso studio esplora gli effetti del trattamento termico di invecchiamento sulle proprietà meccaniche e di corrosione dell’Alloy 625. Gli effetti dell’invecchiamento vengono valutati e confrontati per il materiale prodotto con metodi convenzionali e per quello prodotto tramite additive manufacturing.
Introduzione
L’Alloy 625 è una lega ampiamente utilizzata per la sua eccellente combinazione di proprietà meccaniche e resistenza alla corrosione. Nella classificazione tradizionale delle leghe di Nichel, l’Alloy 625 è classificata come “Solution strengthened”, ossia indurita solamente mediante l’aggiunta di elementi di specifici elementi di lega (rafforzamento per soluzione solida). Per questa lega non è infatti tradizionalmente previsto indurimento per precipitazione, che avviene effettuando un trattamento termico di invecchiamento.
Tuttavia, grazie alla presenza di quantità significative di Niobio (Nb) aggiunto in lega, il materiale è suscettibile a precipitazione della fase intermetallica ϒ’’ (Ni3Nb) nell’intervallo di temperature 570°C-750°C (Fig.1), con incremento delle caratteristiche meccaniche.
![alloy_625](https://www.smtsrl.com/wp-content/uploads/2024/08/alloy_625-300x237.jpg)
Oltre alla fase rafforzante ϒ’’, superati i 700°C avviene anche la precipitazione dei carburi di Cromo a bordo grano (Fig.1), con conseguenti effetti deleteri sulla resistenza a corrosione e la formabilità.
L’obiettivo è quello di investigare vari trattamenti di invecchiamento non-standard che possano innalzare le caratteristiche meccaniche, limitando la perdita di deformabilità e di resistenza a corrosione.
Obiettivo del caso studio
- Investigare l’efficacia di trattamenti di invecchiamento non standard nell’incrementare la resistenza meccanica dell’Alloy 625, limitando la perdita di resistenza a corrosione e formabilità
- Confrontare le proprietà meccaniche e di corrosione di campioni prodotti con metodi convenzionali e tramite additive manufacturing.
Domande di ricerca
- Qual è l’effetto dei trattamenti di invecchiamento non standard sulle proprietà meccaniche e di corrosione dell’Alloy 625?
- Come si comportano i campioni prodotti tramite additive manufacturing rispetto a quelli convenzionali?
Metodologia
Materiali:
- Campioni di Alloy 625 convenzionale e prodotti tramite additive manufacturing.
Procedura sperimentale:
- Proprietà Meccaniche: Test di durezza Vickers (ASTM E92) e prove di trazione (ASTM E8).
- Resistenza alla Corrosione: Test di corrosione intergranulare (ASTM G28-A) e successivo esame metallografico (ASTM E3) per valutare la profondità e morfologia dell’attacco corrosivo.
Trattamenti termici:
- Campioni convenzionali:
- Barra forgiata a 1038°C
- C.1: 1038°C (0,5h) + 621°C (130h)
- C.2: 1038°C (0,5h) + 732°C (1h) + 621°C (72h)
- C.3: 1038°C (0,5h) + 732°C (3h) + 621°C (72h)
- Additive Manufacturing:
- AM.1: As-Built (come stampato)
- AM.2: As-Built (come stampato) + 875°C (0,75h)
Risultati e discussione
Prove di durezza:
- La durezza iniziale della barra forgiata e solubilizzata è di 194HV.
- Il trattamento di invecchiamento singolo (C.1) mostra un significativo incremento della durezza, con valori oltre i 250HV. Anche i doppi invecchiamenti (C.2 e C.3) hanno mostrato un significativo aumento della durezza, avvenuti con tempi di trattamento minori rispetto a C.1.
- I campioni prodotti tramite additive manufacturing hanno mostrato durezze più alte, oltre i 300HV.
Prove di trazione:
- Le caratteristiche meccaniche della barra forgiata e solubilizzata sono carico di snervamento YS = 350 MPa / carico di rottura UTS = 829 MPa.
- Il trattamento singolo (C.1) ha incrementato la YS del 45%, mentre il doppio invecchiamento (C.3) del 78%.
- L’allungamento e la strizione della barra forgiata risultano rispettivamente A = 61% e Z = 70%
- Il trattamento singolo (C.1) ha ridotto l’allungamento del 16%, mentre il doppio invecchiamento (C.2) lo ha ridotto del 24%
- La strizione si è ridotta del 6% dopo il trattamento singolo (C.1) e del 17% dopo il doppio (C.3)
- I campioni prodotti tramite additive manufacturing hanno mostrato risultati superiori rispetto a C1 e C3.
Resistenza alla corrosione:
- Il trattamento singolo (C.1) ha mantenuto il tasso di corrosione in linea con la condizione as-solubilized.
- Il doppio invecchiamento (C.2 e C.3) ha mostrato un considerevole aumento del tasso di corrosione (> 5 mm/anno).
- I campioni as-built (AM1) hanno mostrato un tasso di corrosione inferiore a 0,5 mm/anno, mentre l’invecchiamento singolo (AM2) ha portato a un tasso di corrosione superiore a 7 mm/anno.
Conclusioni
I trattamenti di invecchiamento proposti per il materiale forgiato hanno portato a:
- Un significativo aumento della resistenza meccanica, più marcato dopo il doppio invecchiamento.
- Una riduzione della percentuale di allungamento e area di riduzione, che si traduce come una riduzione della formabilità, più marcata per il doppio invecchiamento (C.3)
- Una diminuzione della resistenza alla corrosione, eccetto per il singolo invecchiamento C.1
- Solo il campione tradizionale, con singolo invecchiamento (C.1), ha mostrato un aumento delle caratteristiche meccaniche, senza significativo decremento della corrosione. Va tenuto conto della diminuzione non trascurabile di allungamento percentuale
Per il materiale prodotto tramite additive manufacturing, il trattamento di invecchiamento ha mostrato:
- Una resistenza meccanica paragonabile alla condizione as-built.
- Una considerevole riduzione della resistenza alla corrosione.
Sviluppi futuri
- Ulteriori test di laboratorio e cicli di trattamento saranno necessari per caratterizzare meglio gli effetti dell’invecchiamento sulle proprietà meccaniche e di corrosione dei materiali convenzionali e prodotti tramite additive manufacturing.
Riferimenti
- Suave, L.M., et al. “Microstructural Evolutions During Thermal Aging of Alloy 625.” Metallurgical and Materials Transactions A, 2014.
- Shankar, V., et al. “Microstructure and mechanical properties of Inconel 625 superalloy.” Journal of Nuclear Materials, 2001.
- ASTM Standards: ASTM E92, ASTM E8, ASTM G28-A, ASTM E3.