Microstructural characterization of cracks in 3D printed Ni-based superalloy 247

Abstract

Seks additivt tilvirkede prøver av nikkelbasert superlegering 247 har blitt undersøkt med sekundærelektroner, tilbakespredte elektroner og energidispersiv røntgenspektroskopi. Alle prøvene ble produsert med forskjellige prosessparametre, men viste en tilbøyelighet for sprekkdannelse uavhengig av skannehastighet og laserstyrke. Mikrosegregering under størkning har vist seg å være en av grunnene til sprekkdannelse. Hafnium har blitt bevist å berike væske ved siste størkningssteg og viser seg i form av presipitater i interdendritiske regioner, på korngrenser og inne i sprekker. Omfattende karbid-presipitering har forekommet, og energidispersiv røntgenspektroskopi støtter eksistensen av borider og en Ni-Hf intermetallisk fase som sjeldent forekommer i litteratur. De fleste karbider viser seg å inneholde mye Tantal og Hafnium. I nesten alle tilfeller kan Ni-Hf fasene bli observert i nærheten av sprekker og resultater støtter at de har blitt delvis smeltet på grunn av varmepåvirkede soner (forkortelse HAZ på engelsk). En av prøvene ble løsningsbehandlet og presipiterte flere faser inne i sprekkene. Dette fenomenet tenkes å ha oppstått på grunn av filmer med lavt smeltepunkt som fukter dendritter ved sprekkdannelse, før løsningsbehandling.

Six LAM-DED produced alloy 247 samples have been investigated through secondary electrons (SE), backscattered electrons (BSE) and energy dispersive spectroscopy (EDS). All samples were produced with a different set of processing parameters, but showed a high propensity to cracking regardless of scan speed and laser power. Mechanisms of microsegregation during solidification have proven to be a central cause in cracks developing. Hafnium has been proven to enrich liquid upon the final stage of solidification, appearing in the form of precipitates in interdendritic regions, at grain boundaries and inside cracks. Extensive carbide precipitation has occurred, and EDS suggests that borides also have developed. Most carbides are thought to be MC-carbides and are enriched in both tantalum and hafnium. Furthermore, EDS supports the existence of Ni-Hf intermetallic phases that are seldomly reported on in LAM-DED oriented literature. Interestingly, in almost all cases, this phase can be observed in close proximity to cracks and is thought to have been affected by the heat affected zones (HAZ) created during LAM-DED manufacturing. One sample was solution treated and showed high precipitation inside the cracks themselves. This phenomenon is thought to have occurred due to the low melting-point films that wet dendrites upon crack initiation, prior to solution treatment.