Ottimizzazione del trattamento di solubilizzazione e successiva applicazione dell’HIP-quench su campioni in superlega di Nickel prodotti tramite LPBF = Thermal solution treatment optimization and subsequent application of HIP-quench on Nickel superalloy samples produced by LPBF

Questo lavoro di tesi si pone come principale obiettivo quello di caratterizzare dal punto di vista morfologico due superleghe di Nickel prodotte via laser powder bed fusion (LPBF): Renè 80 e CM247 LC, due superleghe rafforzate per precipitazione e note per la loro scarsa saldabilità. L'ottimizzazione del trattamento termico di queste leghe risulta fondamentale per incrementarne la resistenza meccanica alle alte temperature. Infatti, diventa così possibile ottenere strutture estremamente regolari costituite da una matrice austenitica e precipitati della giusta dimensione e frazione in volume. I trattamenti termici, tuttavia, da soli non sono in grado di eliminare eventuali difetti preesistenti. Perciò, le due leghe sono state sottoposte a differenti trattamenti di pressatura isostatica a caldo (HIP) che è capace di ridurre drasticamente la quantità di difetti preesistenti. Il forno HIP in dotazione è in grado di eseguire rapidi raffreddamenti, una caratteristica che permette di portare la lega in uno stato paragonabile a quello di un campione solubilizzato. Tale trattamento viene definito HIP-quench ed è vantaggioso perché capace di ridurre drasticamente il tempo ciclo e i costi per completare il processo produttivo. L’ottimizzazione del trattamento termico si è concentrata soprattutto sullo step di solubilizzazione, perché è quello che maggiormente influenza la microstruttura finale di una lega di Nickel. Si è dunque provveduto ad identificare la temperatura ideale a cui eseguire il trattamento per entrambe le leghe che, come si vedrà, cade sempre al di sopra del punto di solubilizzazione di γ’ (trattamenti supersolvus). L’incremento della temperatura porta ad un ingrossamento del grano e ad una diminuzione della durezza. Il motivo risiede nella conformazione di γ’ che, in condizione supersolvus, rimane in percentuali e geometria mediamente costante e quindi prevale l’effetto della dimensione del grano. Il passo successivo è stato utilizzare la temperatura di solubilizzazione ideale in un processo di HIP; in particolare si è voluto confrontare la microstruttura derivata da un trattamento di HIP tradizionale con un trattamento di HIP-quench. I risultati hanno mostrato per entrambi i trattamenti un’ efficace riduzione dei difetti e un aumento di durezza causato dal grano più fine. In ogni caso, entrambe le leghe presentano ancora γ’ irregolare a geometria “fan like”, indice che la pressione ha un effetto non trascurabile sulla solubilizzazione di γ’. Poi si è applicato un ciclo di solubilizzazione a 1260°C e first aging a 1080°C, tutto in forno HIP; si è ricavato che il trattamento di invecchiamento risulta utile a rigenerare la struttura cubica grazie all’evoluzione dei precipitati γ’ (fan like). Anche in questo caso, quindi, si conferma l’effetto della pressione durante tutto il trattamento termico. In ultimo, si è accoppiato l’utilizzo dell’HIP, sia in forma tradizionale che seguito da quench, con la solubilizzazione a 1260°C. I risultati mostrano valori di durezza e dimensione del grano confrontabili con il solo solubilizzato alla stessa temperatura e la fase γ’ si presenta in forma cuboidale omogenea, ben distribuita. Si osserva, però, come il trattamento di solubilizzazione, eseguito dopo l’HIP, in forno a bassa pressione, tenda a far riaprire difetti inizialmente chiusi a seguito dell’espansione del gas intrappolato all’interno del metallo.