Como o tratamento térmico afeta as propriedades mecânicas do Inconel 718 impresso em comparação com...

Como o tratamento térmico afeta as propriedades mecânicas do Inconel 718 impresso em comparação com o Inconel 625?

O Inconel 718 e o Inconel 625 são duas das superligas à base de níquel mais frequentemente impressas, mas as suas respostas metalúrgicas ao tratamento térmico são radicalmente diferentes. Isto deve-se ao facto de o Inconel 718 ser endurecível por precipitação (reforçado por fases intermetálicas à escala nanométrica), enquanto o Inconel 625 é reforçado por solução sólida (reforçado principalmente por molibdénio e nióbio em solução sólida, com resposta mínima à precipitação). Abaixo apresenta-se uma comparação detalhada baseada nas práticas de impressão 3D de superligas.

Para uma comparação direta de ligas, consulte o blogue dedicado: Inconel 625 vs 718 para Impressão 3D: Escolha a Liga Certa para Peças Metálicas Personalizadas.

1. Propriedades Mecânicas de Base no Estado de Impressão (DMLS/SLM)

Antes de qualquer tratamento térmico, ambas as ligas exibem alta resistência, mas com tensões residuais e alguma anisotropia. Propriedades de tração típicas à temperatura ambiente no estado de impressão (direção de construção perpendicular às camadas):

O Inconel 718 no estado de impressão já apresenta maior resistência, mas menor ductilidade do que o Inconel 625, devido ao seu potencial inerente de precipitação (alguns precipitados finos formam-se durante o arrefecimento rápido). No entanto, ambos contêm tensões residuais que requerem pós-processamento.

2. Tratamento Térmico do Inconel 718: Endurecimento por Precipitação Obrigatório

O Inconel 718 deriva a sua excecional resistência a altas temperaturas da precipitação de fases metaestáveis gama duplo-prime (γ'', Ni₃Nb) e gama prime (γ', Ni₃(Al,Ti)). O tratamento térmico padrão para Inconel 718 impresso em 3D segue as especificações aeroespaciais (AMS 5662/5663) e consiste em:

• Tratamento de solução: 980°C ± 10°C durante 1 hora, seguido de arrefecimento rápido (têmpera em árgon ou óleo). Isto dissolve quaisquer fases indesejadas (por exemplo, fase Laves) e prepara a matriz para uma precipitação uniforme.

• Envelhecimento em duas etapas: 720°C durante 8 horas, arrefecimento no forno até 620°C a 50°C/hora, depois manutenção a 620°C durante 8 horas, arrefecimento ao ar.

Conforme documentado em Como o Tratamento Térmico Melhorou as Propriedades Mecânicas de Peças Impressas em 3D, este processo aumenta drasticamente a resistência:

Além disso, o tratamento térmico aumenta a resistência ao desgaste e à fadiga e mantém uma melhor estabilidade do material. No entanto, o Inconel 718 está limitado a temperaturas de serviço abaixo de ~650°C para aplicações de fluência de longa duração, porque a fase γ'' engrossa acima desta temperatura (consulte Temperatura Máxima de Serviço do Inconel 718).

Para peças rotativas críticas, a Prensagem Isostática a Quente (HIP) é frequentemente realizada antes do tratamento térmico para fechar a microporosidade e melhorar ainda mais a vida à fadiga. A HIP também maximiza a durabilidade e o desempenho.

3. Tratamento Térmico do Inconel 625: Alteração Mínima da Resistência

O Inconel 625 é reforçado principalmente por elementos de solução sólida (Mo, Nb, Cr) e pela precipitação de carbonetos (MC, M₆C) e da fase intermetálica delta (Ni₃Nb) – mas esta última não é utilizada para endurecimento significativo na condição de tratamento térmico padrão. O pós-processamento típico para Inconel 625 impresso em 3D inclui:

• Alívio de tensões: 650–750°C durante 1–2 horas, arrefecimento ao ar. Isto reduz as tensões residuais sem alterar a microestrutura.

• Recozimento de solução: 980–1040°C durante 1 hora, seguido de têmpera rápida. Isto homogeneíza a composição, dissolve quaisquer fases secundárias formadas durante a impressão e maximiza a ductilidade e a resistência à corrosão.

Ao contrário do Inconel 718, o Inconel 625 não desenvolve uma forte resposta de endurecimento por envelhecimento porque o seu teor de nióbio é menor e a fase gama duplo-prime não é suficientemente estável para proporcionar um reforço significativo. Como resultado, o tratamento térmico tem um efeito mínimo na resistência à tração:

Os principais benefícios do tratamento térmico do Inconel 625 são:

• Redução da tensão residual e prevenção de distorção (veja como o tratamento térmico liberta tensões e previne a deformação).

• Melhoria da ductilidade e tenacidade.

• Resistência à corrosão melhorada através da dissolução de carbonetos de crómio que podem ter precipitado durante a impressão.

• Melhor estabilidade térmica para serviço a altas temperaturas (o Inconel 625 pode ser utilizado até 980°C).

No entanto, ao contrário do Inconel 718, não é possível "envelhecer" o Inconel 625 para obter maior resistência. Para aplicações que exigem alta resistência a temperaturas intermédias (por exemplo, 650°C), o Inconel 718 é superior após o tratamento térmico. Para aplicações que exigem excelente resistência à corrosão, soldabilidade e ductilidade numa ampla gama de temperaturas, o Inconel 625 é preferido.

4. Efeito Combinado da HIP e do Tratamento Térmico

Para ambas as ligas, a HIP é frequentemente realizada antes do tratamento térmico final. A HIP (tipicamente 1120–1180°C a 100–200 MPa) fecha a porosidade interna, melhorando a densidade para quase 100% e aumentando significativamente a vida à fadiga e a ductilidade. O efeito na resistência à tração é moderado, mas o impacto na fiabilidade é substancial. Após a HIP, a sequência padrão de tratamento térmico é aplicada conforme descrito acima.

Para o Inconel 718, a HIP + tratamento térmico completo produz a combinação mais elevada de resistência, ductilidade e resistência à fadiga. Para o Inconel 625, a HIP + recozimento de solução produz um material totalmente denso, homogeneizado e altamente dúctil com propriedades consistentes.

5. Recomendações Práticas Com Base na Aplicação

6. Validação das Propriedades Mecânicas Após o Tratamento Térmico

Para garantir que o tratamento térmico atingiu as propriedades desejadas, todas as peças críticas são submetidas a testes rigorosos. O teste de tração (certificação UTS/YS/alongamento) é padrão. Para o Inconel 718, o teste de fadiga é frequentemente necessário. Além disso, a microscopia metalográfica verifica a ausência de fases indesejadas (por exemplo, fase Laves no Inconel 718) e a presença de precipitados finos.

Todos os processos de tratamento térmico são geridos sob um sistema de gestão da qualidade PDCA, com registos rastreáveis para cada lote.

7. Conclusão

O tratamento térmico é essencial para desbloquear todo o potencial do Inconel 718 impresso em 3D, transformando-o de um material moderadamente resistente no estado de impressão numa superliga de alta resistência e endurecida por precipitação, adequada para discos de turbina, eixos e outras peças rotativas críticas. Em contraste, o Inconel 625 mostra uma alteração mínima da resistência após o tratamento térmico, mas beneficia do alívio de tensões e da melhoria da ductilidade/resistência à corrosão. Portanto, ao conceber uma rota de pós-processamento, os engenheiros devem reconhecer que o Inconel 718 requer um ciclo completo de solução e envelhecimento para atingir as suas propriedades anunciadas, enquanto o Inconel 625 é frequentemente utilizado no estado de impressão ou simplesmente com alívio de tensões para muitas aplicações. Para estudos de caso mais detalhados, consulte os estudos de caso de impressão 3D de superligas e a visão geral dos serviços de tratamento térmico.