Coaxial laser wire additive manufacturing of Inconel 718 - Université de Lorraine Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Coaxial laser wire additive manufacturing of Inconel 718

Fabrication additive laser-fil coaxial de l'Inconel 718

Ivan Cazic
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1194557

Résumé

The use of Inconel 718 alloy in additive manufacturing has been the subject of numerous studies in recent years. It has appeared early that the control of the morphology and size of the grains forming during solidification is a formidable challenge. Our work aims to address this challenge in the case of coaxial laser wire technology by providing a better understanding of the formation of microstructures, including the conditions for the appearance of fine equiaxed grains observed at the bottom of the melt pools.First, the stability of the process as well as the thermal aspects have been investigated, in connection with solidification. Thanks to fast imaging and thermal imaging, we have been able to estimate the solidification conditions at the bottom of the bath.In a second step, we have analyzed by EBSD the equiaxed zones and we have observed that they are very often clustered with twin relations compliant with some icosahedral symmetry. It is proposed that this particular organization is the signature of an "Icosahedral Short Range Order mediated nucleation" (ISRO) mechanism, which would be favored by the high cooling rates imposed by the process on the one hand, and by local enrichments of the liquid at the bottom of the melt pool during the melting of the previous layer on the other hand.We have therefore characterized the equiaxed zones by SEM and TEM. We have identified TiC carbides in the grain clusters and we have highlighted a strong local enrichment in Nb around the carbides by EDS. We have been able to identify Nb2Ni at the surface of a TiC carbide which requires a high local Nb composition to appear.From these observations we propose a possible scenario for the appearance of fine equiaxed grains in Inconel 718 deposited by the coaxial laser wire technology. TiC would play an important role by capturing minority elements during remelting, and by promoting the local appearance of icosahedral clusters in the liquid that would favor the nucleation of grains whose relative orientations would reflect this icosahedral order.
L'utilisation de l'alliage Inconel 718 en fabrication additive a fait l'objet de nombreuses études au cours des dernières années. Il est rapidement apparu que le contrôle de la morphologie et la taille des grains se formant durant la solidification constitue un véritable défi. Notre travail s'attache à le relever dans le cas de la technologie laser-fil coaxial en apportant une meilleure compréhension de la formation des microstructures, notamment des conditions d'apparition de grains équiaxes fins observés en fond de bain de fusion. En premier lieu, la stabilité du procédé ainsi que les aspects thermiques ont été étudiés, en lien avec la solidification. Ainsi, grâce à l'imagerie rapide et l'imagerie thermique, nous avons pu estimer les conditions de solidification en fond de bain. Dans un second temps, nous avons analysé par EBSD les grains équiaxes et révélé qu'ils sont très souvent regroupés en amas multi-maclés présentant une symétrie icosaédrique. Nous proposons que cette organisation particulière est la signature d'un mécanisme «Icosahedral Short Range Order mediated nucleation» (ISRO), qui serait favorisé par les vitesses de refroidissement élevées imposées par le procédé d'une part, et par des enrichissements locaux du liquide en fond de bain lors de la fusion de la couche précédente d'autre part. Nous avons donc caractérisé finement les zones équiaxes par MEB et MET. Nous avons identifié la présence de carbures TiC au sein des amas multi-maclés et nous avons mis en évidence un fort enrichissement local en Nb autour des carbures par EDS. Nous avons pu identifier la phase Nb2Ni à la surface d'un TiC qui requiert une composition locale importante en Nb pour apparaître. À partir de ces observations nous proposons un scenario possible pour l'apparition des grains équiaxes fins dans l'Inconel 718 déposé par la technologie laser-fil coaxial. Les TiC y joueraient un rôle important en capturant les éléments minoritaires lors la refonte, et en promouvant l'apparition locale d'amas icosaédriques dans le liquide qui favoriseraient la germination de grains dont les orientations relatives reflèteraient cet ordre icosaédrique.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-03889613 , version 1 (08-12-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03889613 , version 1

Citer

Ivan Cazic. Coaxial laser wire additive manufacturing of Inconel 718. Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]. Université de Lorraine, 2022. English. ⟨NNT : 2022LORR0113⟩. ⟨tel-03889613⟩
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