blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2026-3-250-257blackmet-3084Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMATERIAL SCIENCEМикроструктура и механические характеристики термически обработанного сплава Inconel 625, полученного по технологии проволочного электронно-лучевого аддитивного производстваMicrostructure and mechanical properties of heat-treated Inconel 625 alloy obtained by wire electron-beam additive manufacturinghttps://orcid.org/0009-0000-4797-5604ОвчаренкоВ. А.OvcharenkoV. A.

Валерия Алексеевна Овчаренко, аспирант отделения материа­ловедения инженерной школы новых производственных технологий

Россия, 634050, Томск, пр. Ленина, 30

Valeriia A. Ovcharenko, Postgraduate of the Department of Material Science of Engineering School of New Manufacturing Technologies

30 Lenina Ave., Tomsk 634050, Russian Federation

vy.gornova@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2334-1679БабаевА. С.BabaevA. S.

Артём Сергеевич Бабаев, к.т.н., старший научный сотрудник лаборатории нанотехнологий металлургии

Россия, 634050, Томск, пр. Ленина, 36 стр. 27

Artem S. Babaev, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher of the Laboratory of Nanotechnology in Metallurgy

36 Lenina Ave., bld. 27, Tomsk 634050, Russian Federation

temkams@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8254-5853СавченкоН. Л.SavchenkoN. L.

Николай Леонидович Савченко, д.т.н., ведущий научный сотрудник лаборатории физики упрочнения поверхности

Россия, 634055, Томск, пр. Академи­ческий, 2/4

Nickolai L. Savchenko, Dr. Sci. (Eng.), Leading Researcher of the Laboratory of Physics of Surface Hardening

2/4 Lenina Ave., Tomsk 634055, Russian Federation

savnick@ispms.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2222-2865СтрелковаИ. Л.StrelkovaI. L.

Ирина Леонидовна Стрелкова, к.т.н., доцент отделения материаловедения инженерной школы новых производственных технологий

Россия, 634050, Томск, пр. Ленина, 30

Irina L. Strelkova, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Department of Material Science of Engineering School of New Manufacturing Technologies

30 Lenina Ave., Tomsk 634050, Russian Federation

strelkova@tpu.ruНациональный исследовательский Томский политехнический университетРоссияNational Research Tomsk Polytechnic UniversityRussian FederationНациональный исследовательский Томский государственный университетРоссияNational Research Tomsk State UniversityRussian FederationИнститут физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАНРоссияInstitute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202602072026693250257Copyright © Овчаренко В.А., Бабаев А.С., Савченко Н.Л., Стрелкова И.Л., 20262026Овчаренко В.А., Бабаев А.С., Савченко Н.Л., Стрелкова И.Л.Ovcharenko V.A., Babaev A.S., Savchenko N.L., Strelkova I.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/3084

В работе описаны особенности формирования структуры жаропрочного сплава Inconel 625 (аналог ХН75МБТЮ), полученного методом проволочного электронно-лучевого аддитивного производства (ПЭЛАП), а затем подвергнутого закалке при 1200 °С и двухступенчатой закалке 1200 – 1000 °С. Термообработка проводилась в вакуумной печи в среде низкого вакуума (–1 Бар), для ускоренного охлаж­дения использовали продувку инертным газом (Ar). С использованием высокоточного аналитического оборудования авторы провели исследования микроструктуры, фазового состава и механических свойств образцов в сечениях вдоль и поперёк направления печати. При исследовании образца в сечении вдоль направления печати выделены три характерных зоны: основная, повторного нагрева и зона смены кристаллизационного фронта. Они имеют разную структуру и, как следствие, различие в структурно-чувствительных механических характеристиках. Установлено, что в процессе печати в зоне основного слоя из-за низкой теплопроводности материала происходит аккумуляция тепла, приводящая к выделению орторомбической фазы δ-Ni3(Nb, Mo) в междендритном пространстве. Выбранная температура закалки позволила исправить дендритную морфологию с образованием крупного зерна размером 0,3 – 0,5 мм и полным растворением δ-фазы в γ-Ni матрице. Двухступенчатая закалка сопровождается изотермическим выделением δ-фазы по границам и внутри зерен, приводя к дисперсионному упрочнению сплава. Авторы провели испытания на одноосное растяжение при комнатной температуре, получены численные значения предела прочности (σв ), предела текучести (σт ) и относительного удлинения (δ5 ). Установлено, что наилучшее сочетание механических характеристик получено при двухступенчатой закалке сплава.

The paper describes the features of structure formation of heat-resistant alloy Inconel 625 obtained by wire electron-beam additive manufacturing (WEBAM) technology and then subjected to quenching at 1200 °С and two-stage quenching at 1200 – 1000 °С. Heat treatment was carried out in a vacuum furnace, in a low vacuum environment of –1 Bar, inert gas (Ar) blowing was used for accelerated cooling. Using high-precision analytical equipment, the authors studied the microstructure, phase composition and mechanical properties of the samples in the sections along and across the deposition direction. When examining the sample in the cross-section along the deposition direction, three characteristic zones were identified: base metal zone, reheating zone, and zone of change of the crystallization front. They have different structure and, as a consequence, the difference in structure-sensitive mechanical characteristics. It was found that in the deposition process in the base layer zone, due to the material low thermal conductivity, there is an accumulation of heat, leading to the release of orthorhombic phase δ-Ni3(Nb, Mo) in the interdendritic space. The chosen quenching temperature allowed to correct the dendritic morphology, with the formation of coarse grains of 0.3 – 0.5 mm and complete dissolution of δ-phase in γ-Ni matrix. The two-stage quenching is accompanied by isothermal release of δ-phase at grain boundaries and within grains, leading to dispersion hardening of the alloy. Uniaxial tensile tests at room temperature were carried out and numerical values of tensile strength (σv ), yield strength (σt ) and relative elongation (δ5 ) were determined. The best combination of mechanical characteristics was obtained by two-stage quenching of the alloy.

аддитивные технологииПЭЛАПInconel 625термическая обработкадвухступенчатая закалкамикроструктураδ-фазамеханические характеристикиadditive technologiesWEBAMInconel 625heat treatmenttwo-stage quenchingmicrostructureδ-phaseanisotropymechanical propertiesРабота выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект №23-79-10166 (https://rscf.ru/en/project/23-79-10166).This work was supported by the Russian Science Foundation, project No. 23-79-10166 (https://rscf.ru/en/project/23-79-10166).ReferencesKocaman E., Gürol U., Günen A., Çam G. Effect of post-deposition heat treatments on high-temperature wear and corrosion behavior of Inconel 625. Materials Today Communications. 2025;42:111101. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.111101Kocaman E., Gürol U., Günen A., Çam G. Effect of post-deposition heat treatments on high-temperature wear and corrosion behavior of Inconel 625. Materials Today Communications. 2025;42:111101. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.111101Xu Y., Yang J., Shi Y., Zhang W., Cai X., Wang W., Li C., Wu G. Effect of heat treatment process on property and corrosion resistance of additively formed Inconel 625 alloy. Materials Science and Engineering: A. 2025;924:147738. https://doi.org/10.1016/j.msea.2024.147738Xu Y., Yang J., Shi Y., Zhang W., Cai X., Wang W., Li C., Wu G. Effect of heat treatment process on property and corrosion resistance of additively formed Inconel 625 alloy. Materials Science and Engineering: A. 2025;924:147738. https://doi.org/10.1016/j.msea.2024.147738Li C., White R., Fang X.Y., Weaver M., Guo Y.B. Microstructure evolution characteristics of Inconel 625 alloy from selective laser melting to heat treatment. Materials Science and Engineering. 2017;705:20–31. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.08.058Li C., White R., Fang X.Y., Weaver M., Guo Y.B. Microstructure evolution characteristics of Inconel 625 alloy from selective laser melting to heat treatment. Materials Science and Engineering. 2017;705:20–31. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.08.058Qin L., Chen C., Zhang M., Kai Y., Cheng G., Jing H., Wang X. The microstructure and mechanical properties of depo­sited-IN625 by laser additive manufacturing. More Rapid Prototyping Journal. 2017;23(6):1119–1129. https://doi.org/10.1108/RPJ-05-2016-0081Qin L., Chen C., Zhang M., Kai Y., Cheng G., Jing H., Wang X. The microstructure and mechanical properties of depo­sited-IN625 by laser additive manufacturing. More Rapid Prototyping Journal. 2017;23(6):1119–1129. https://doi.org/10.1108/RPJ-05-2016-0081Fei C., Qin W., Chi Z., Huang Z., Jia M., Shen Q. Microstructures and mechanical behaviors of additive manufactured Inconel 625 alloys via selective laser melting and laser engineered net shaping. Journal of Alloys and Compounds. 2022;917:165–572. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.165572Fei C., Qin W., Chi Z., Huang Z., Jia M., Shen Q. Microstructures and mechanical behaviors of additive manufactured Inconel 625 alloys via selective laser melting and laser engineered net shaping. Journal of Alloys and Compounds. 2022;917:165–572. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.165572Болтрушевич А.Е., Мартюшев Н.В., Козлов В.Н., Кузнецова Ю.С. Структура заготовок из сплава инконель 625, полученных электродуговой наплавкой и наплавкой с помощью электронного луча. Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2024;26(4): 206–217. https://doi.org/10.17212/1994-6309-2024-26.4-206-217Boltrushevich A.E., Martyushev N.V., Kozlov V.N., Kuznetsova Yu.S. Structure of Inconel 625 alloy blanks obtained by electric arc surfacing and electron beam surfa­cing. Obrabotka metallov (Metal Working and Material Science). 2024;26(4):206–217. (In Russ.). https://doi.org/10.17212/1994-6309-2024-26.4-206-217Marchese G., Piscopo G., Lerda S., Salmi A., Atzeni E., Biamino S. Heat-treated Inconel 625 by laser powder bed fusion: Microstructure, tensile properties, and residual stress evolution. Journal of Materials Engineering and Performance. 2024;33:6825–6834. https://doi.org/10.1007/s11665-024-09235-7Marchese G., Piscopo G., Lerda S., Salmi A., Atzeni E., Biamino S. Heat-treated Inconel 625 by laser powder bed fusion: Microstructure, tensile properties, and residual stress evolution. Journal of Materials Engineering and Performance. 2024;33:6825–6834. https://doi.org/10.1007/s11665-024-09235-7Zhu J., Feng K., Kokawa H., Li Z. Effect of heat treatment on the anisotropic mechanical properties and corrosion resistance of laser powder bed fusion fabricated Inconel 625. Journal of Alloys and Compounds. 2024;1001:175087. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.175087Zhu J., Feng K., Kokawa H., Li Z. Effect of heat treatment on the anisotropic mechanical properties and corrosion resistance of laser powder bed fusion fabricated Inconel 625. Journal of Alloys and Compounds. 2024;1001:175087. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.175087Gonzalez J.A., Mireles J., Stafford S.W., Perez M.A., Terrazas C.A., Wicker R.B. Characterization of Inconel 625 fabricated using powder-bed-based additive manufacturing technologies. Journal of Materials Processing Technology. 2019;264:200–210. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2018.08.031Gonzalez J.A., Mireles J., Stafford S.W., Perez M.A., Terrazas C.A., Wicker R.B. Characterization of Inconel 625 fabricated using powder-bed-based additive manufacturing technologies. Journal of Materials Processing Technology. 2019;264:200–210. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2018.08.031Li C., White R., Fang X.Y., Weaver M., Guo Y.B. Microstructure evolution characteristics of Inconel 625 alloy from selective laser melting to heat treatment. Materials Science and Engineering. 2017;705:20–31. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.08.058Li C., White R., Fang X.Y., Weaver M., Guo Y.B. Microstructure evolution characteristics of Inconel 625 alloy from selective laser melting to heat treatment. Materials Science and Engineering. 2017;705:20–31. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.08.058Синчен В., Чанюнь Ч., Ланьлань Ц., Минь Ч. Эволюция микроструктуры и механическое поведение суперсплава инконель 625, полученного прямым лазерным осаждением металла. Физика металлов и металловедение. 2021;122(9):963–967. https://doi.org/10.31857/S0015323021090126Sin chen V., Chan yun Ch., Lan lan Ts., Min Ch. Microstructure evolution and mechanical behavior of Inconel 625 superalloy produced by direct laser metal deposition. Fizika metallov i metallovedenie. 2021;122(9):963–967. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S0015323021090126Marchese G., Parizia S., Rashidi M., Saboori A., Manfredi D., Ugues D., Lombardi M., Hryha E., Biamino S. The role of texturing and microstructure evolution on the tensile behavior of heat-treated Inconel 625 produced via laser powder bed fusion. Materials Science and Engineering: A. 2020;769:138500. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.138500Marchese G., Parizia S., Rashidi M., Saboori A., Manfredi D., Ugues D., Lombardi M., Hryha E., Biamino S. The role of texturing and microstructure evolution on the tensile behavior of heat-treated Inconel 625 produced via laser powder bed fusion. Materials Science and Engineering: A. 2020;769:138500. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.138500Kreitcberg A., Brailovski V., Turenne S. Effect of heat treatment and hot isostatic pressing on the microstructure and mechanical properties of Inconel 625 alloy processed by laser powder bed fusion. Materials Science and Engineering: A. 2017;689:1–10. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.02.038Kreitcberg A., Brailovski V., Turenne S. Effect of heat treatment and hot isostatic pressing on the microstructure and mechanical properties of Inconel 625 alloy processed by laser powder bed fusion. Materials Science and Engineering: A. 2017;689:1–10. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.02.038Hu Y.L., Lin X., Zhang S.Y., Jiang Y.M., Lu X.F., Yang H.O., Huang W.D. Effect of solution heat treatment on the microstructure and mechanical properties of Inconel 625 superalloy fabricated by laser solid forming. Journal of Alloys and Compounds. 2018;767:330–344. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.07.087Hu Y.L., Lin X., Zhang S.Y., Jiang Y.M., Lu X.F., Yang H.O., Huang W.D. Effect of solution heat treatment on the microstructure and mechanical properties of Inconel 625 superalloy fabricated by laser solid forming. Journal of Alloys and Compounds. 2018;767:330–344. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.07.087Назаров Е.Г., Масленников С.Б. Термическая обработка аустенитных жаропрочных сталей и сплавов. Металловедение и термическая обработка металлов. 1970;(3): 54–59.Nazarov E.G., Maslennikov S.B. Heat treatment of austenitic heat-resistant steels and alloys. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 1970;(3):54–59. (In Russ.).Борздыка А.М., Цейтлин В.3. Структура и свойства жаропрочных сплавов в связи с термической обработкой. Москва: Машиностроение; 1967:246.Borzdyka A.M., Tseitlin V.Z. Structure and Properties of Heat-Resistant Alloys in Relation to Heat Treatment. Moscow: Mashinostroenie; 1967:246. (In Russ.).Гурьянов Д.А., Фортуна С.В., Никонов С.Ю., Москвичев Е.Н., Колубаев Е.А. Влияние погонной энергии на структурные особенности изделий из сплава ЖС6У, сформированных проволочной электронно-лучевой аддитивной технологией. Известия вузов. Физика. 2021;(8):31–37. https://doi.org/10.17223/00213411/64/8/31Gurianov D.A., Fortuna S.V., Nikonov S.Yu., Moskvichev E.N., Kolubaev E.A. The influence of changes in the value of the heat input on the structural features of ZHS6U alloy products formed by the wire-feed electron-beam additive. Izvestiya vuzov. Fizika. 2021;(8):31–37. (In Russ.). https://doi.org/10.17223/00213411/64/8/31Dinda G.P., Dasgupta A.K., Mazumder J. Laser aided direct metal deposition of Inconel 625 superalloy: Microstructural evolution and thermal stability. Materials Science and Engineering: A. 2009;509(1–2):98–104. https://doi.org/10.1016/j.msea.2009.01.009Dinda G.P., Dasgupta A.K., Mazumder J. Laser aided direct metal deposition of Inconel 625 superalloy: Microstructural evolution and thermal stability. Materials Science and Engineering: A. 2009;509(1–2):98–104. https://doi.org/10.1016/j.msea.2009.01.009Овчаренко В.А., Бабаев А.С., Козлов В.Н. Особенности формирования микроструктуры и её влияние на механические свойства в образце инконель 625, полученным по аддитивной технологии EBAM. В кн.: Современные проб­лемы машиностроения: Труды XVII Международной научно-технической конференции, г. Томск, 25–29 ноября 2024 г. Томск: Издательство Томского политехнического университета; 2024: 338–340.Ovcharenko V.A., Babaev A.S., Kozlov V.N. Features of microstructure formation and its influence on mechanical properties in an Inconel 625 sample obtained using EBAM additive technology. In: Modern Problems of Mechanical Engineering: Proceedings of XVII Int. Sci. Conf., November 25–29, 2024, Tomsk polytechnic university, Tomsk. Tomsk: Tomsk Polytechnic University; 2024:338–340. (In Russ.).Бабаев А.С., Козлов В.Н., Овчаренко В.А., Семенов А.Р., Бельчиков И.А. Исследование обрабатываемости при фрезеровании сплава инконель 625, полученного по технологии EBAM. Наукоёмкие технологии в машинострое­нии. 2025;(5(167)):33–41. https://doi.org/10.30987/2223-4608-2025-5-30-41Babaev A.S., Kozlov V.N., Ovcharenko V.A., Semenov A.R., Bel’chikov I.A. Processing characteristics study for the alloy obtained through additive technology EBAM (Inconel 625) under milling. Science Intensive Technologies in Mechanical Engineering. 2025;(5(167)):33–41. (In Russ.). https://doi.org/10.30987/2223-4608-2025-5-30-41

The authors declare that there are no conflicts of interest present.