指向性エネルギー堆積法で修復されたインコネル718合金の溶融部の微細構造の進化と析出特性

出典: Additive Manufacturing Master and Doctor Alliance

ノースイースタン大学機械工学・自動化学院の藍良雲准教授（卓越研究員）率いる研究チームは、中国科学院金属研究所と共同で、国際トップジャーナル「Materials Characterization（Top of CAS Zone 1）」に「指向性エネルギー堆積積層造形法による修復後のインコネル718合金の溶融部における微細構造の進化と析出相特性」と題する最新の研究成果を発表しました。研究チームは、5種類のレーザー出力を使用して、指向性エネルギー堆積積層造形技術によりインコネル718合金を修復し、異なる凝固条件下で修復されたインコネル718試験片の溶融部（FZ）の微細構造の進化と析出相特性を研究しました。責任著者は Lan Liangyun 准教授です。

私たちの結果は、レーザー出力の増加に伴い、FZ 内の主なデンドライト形態が等軸デンドライトから柱状デンドライトに変化し、多数のラーベス相が長鎖からブロックへと形態進化することを示しています。しかし、ラーベス相のこれらの形態変化は凝固構造の特徴に関係しているだけでなく、層ごとの堆積によって引き起こされる繰り返しの垂直熱サイクルの影響も受けます。これは、複数の熱サイクルが FZ 微細構造の穏やかな熱処理とみなすことができるためです。一方では、レーザー出力の増加に伴い、熱蓄積効果が徐々に増加し、Laves相の部分的な溶解につながります。他方では、Nbが豊富な領域に大量のγ''相、γ'相、δ相が析出します。レーザー出力が 1400 W の場合、修復された 5 つのサンプルの Laves+δ 相の体積分率は最も高くなり、γ'+γ'' 相の体積分率は最も低くなり、結果としてマイクロ硬度は最も低くなります。

研究ハイライト

1) レーザー出力の増加に伴い、FZ 内の主なデンドライト形態は等軸デンドライトから柱状デンドライトに変化します。

2) ラーベス相の形態は凝固構造と繰り返される垂直熱サイクルの影響を受ける。

3) Nbに富む領域に集中しているγ''、γ'、δ相はNb元素の偏析と熱履歴に寄与する。

4) 1400Wでは、Vol(γ'+γ”)は最低、Vol(Laves+δ)は最高、微小硬度は最低となります。

図 1. (a) 溶接に使用される部分溶融池の概略図、(b) 凝固モードに対する形態学的要因の影響、および (c-g) 底部の典型的な微細構造特性。異なるレーザー出力で修復されたインコネル 718 サンプル: (c) 800 W、(d) 1000 W、(e) 1200 W、(f) 1400 W、および (g) 1600 W。
図2 異なるレーザー出力下でのFZの凝固微細構造と析出特性: (a) 800 W、(b) 1000 W、(c) 1200 W、(d) 1400 W、(e) 1600 W、(f) 典型的なラーベス相の化学組成図3 複数の熱サイクル下での長鎖ラーベス相の溶解メカニズムとδ相の析出の模式図主要な結論

本研究では、DED によって修復されたインコネル 718 サンプルの FZ の微細構造の進化と析出相特性を、5 つの異なる凝固条件下で詳細に調査しました。主な調査結果の簡単な要約は次のとおりです。

（１）レーザー出力の増加に伴い、FZ内の主なデンドライト形態は等軸デンドライトから柱状デンドライトへと変化するが、これは主に形態係数の段階的な増加に起因する。

（２）凝固領域におけるラーベス相の形態は凝固構造と多重熱サイクルの影響を受ける。低レーザー出力で形成される長鎖ラーベス相は、主に等軸樹枝状結晶の数が多いことに起因しますが、高レーザー出力で形成されるブロック状のラーベス相は、レーザーの作用によるラーベス相の部分的な溶解が原因である可能性があります。 FZ の垂直熱サイクルを繰り返します。

（３）層状堆積によって引き起こされる多重熱サイクルは、FZ微細構造の穏やかな老化プロセスであると考えられる。 Nb に富む領域では、δ 相、γ' 相、γ'' 相が大量に析出しました。レーザー出力が 1400 W の場合、修復された 5 つのサンプルの中で Vol (Laves + δ) が最も高くなります。これは、δ 相の急速な析出に適した温度場分布によるものと考えられます。しかし、γ′相とγ″相の体積分率は1400 Wで最低となり、その結果、微小硬度は最小になります（約356 HV）。

論文引用

Zhang Y、Lan L、Shi Q。指向性エネルギー堆積積層造形法による修復後のインコネル718合金の溶融部における微細構造の進化と析出相特性[J]。材料特性評価、2023：113222。
https://doi.org/10.1016/j.matchar.2023.113222

指向性エネルギー堆積法で修復されたインコネル718合金の溶融部の微細構造の進化と析出特性

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