Caracterização da microestrutura e das propriedades criogênicas da superliga inconel 718 processada por fusão em leito de pó a laser

Abstract

A manufatura aditiva metálica, em especial a técnica de fusão em leito de pó a laser (PBF-LB), tem se consolidado como uma alternativa estratégica para a fabricação de componentes de alta complexidade e elevado desempenho. A superliga de níquel Inconel 718, devido à sua excelente resistência mecânica, estabilidade térmica e resistência à fadiga e à corrosão, é amplamente utilizada em aplicações aeroespaciais em uma ampla faixa de temperaturas. No entanto, os desafios impostos pela formação de microestruturas heterogêneas e pela presença de defeitos intrínsecos à manufatura aditiva podem comprometer essas propriedades, exigindo a validação do seu comportamento em condições extremas, como em temperaturas criogênicas. Neste trabalho, o comportamento mecânico de amostras de Inconel 718 fabricadas por PBF-LB foi avaliado por meio de ensaios de tração e fadiga em temperatura ambiente e em condições criogênicas (−75 °C e −180 °C). O material foi analisado na condição como-produzida e após tratamento térmico de solubilização seguido de duplo envelhecimento, conforme a norma AMS 5662. Para fins comparativos, amostras de Inconel 718 forjado foram submetidas aos mesmos tratamentos e ensaios. A microestrutura foi caracterizada por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e difração de elétrons retroespalhados. Os resultados demonstraram que o Inconel 718 produzido por PBF-LB e submetido ao tratamento térmico apresentou maior dureza e resistência à tração, além de resistência à fadiga similar, especialmente sob condições criogênicas, em comparação ao material forjado. Esses resultados evidenciam o elevado potencial da manufatura aditiva para a produção de componentes críticos de Inconel 718.

Metal additive manufacturing, particularly Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB), has emerged as a strategic approach for producing high-performance components with complex geometries. The nickel-based superalloy Inconel 718 is widely used in aerospace applications due to its excellent mechanical strength, thermal stability, and resistance to fatigue and corrosion over a wide temperature range. However, challenges related to heterogeneous and anisotropic microstructures, as well as intrinsic defects associated with additive manufacturing, require validation of its mechanical behavior under extreme conditions, such as cryogenic temperatures. In this work, the mechanical behavior of Inconel 718 samples produced by PBF-LB was evaluated through tensile and fatigue tests at room temperature and under cryogenic conditions (−75 °C and −180 °C). The material was analyzed in the as-built condition and after solution treatment followed by double aging according to the AMS 5662 standard. For comparison, conventionally forged Inconel 718 samples were subjected to the same treatments and testing conditions. The microstructure was characterized using optical microscopy, scanning electron microscopy, and electron backscatter diffraction. The results showed that the PBF-LB material after heat treatment exhibited higher hardness and tensile strength, as well as similar fatigue resistance, especially under cryogenic conditions, compared to the forged material. Overall, the findings demonstrate that the combination of PBF-LB additive manufacturing and appropriate heat treatment results in enhanced mechanical properties, highlighting the potential of this processing route for critical Inconel 718 components operating in extreme environments.