Low-temperature precipitation strengthening of maraging steel 1.2709 produced by powder bed fusion

Abstract

Research into precipitation hardening in additively manufactured (AM) maraging steel is mainly conducted on the material after several hours of holding at the peak hardening temperatures of 450-500 °C. Lower temperatures are expected to have little to no effect on mechanical properties even after very long holds at these temperatures. This article, however, demonstrates that new precipitates grow and cause a noticeable hardening effect in solution-annealed AM maraging steel after only a 6-hour hold at a temperature of 350 °C. High-resolution scanning and transmission electron microscopy (HRSEM, HRTEM) was used to identify the new precipitates. Very fine coherent microdomains containing mainly nickel and molybdenum layers were found. Particles of a new phase, Al0.5CNi3Ti0.5, were also detected. Additionally, various precipitates were also found in both the as-built and the AM solution-annealed maraging steel samples. Precipitates such as Ni3Ti, Al0.3Ni0.35Ti0.35 and Al2O5Ti, were also observed in the as-built condition. After subsequent solution annealing at 820 °C additional Ni3Mo particles and another type of Ti-rich particles, Ni4Ti3, were further found in the AM steel microstructure. The additional new phases which precipitated during the final hardening at 350 °C caused an 18% (200 MPa) increase in strength.

Výzkum precipitačního zpevnění v aditivně vyráběné (AM) maraging oceli se provádí obvykle po několika hodinách precipitace na teplotách kolem 450-500 °C, při kterých je dosahováno maximálního vytvrzení. Předpokládá se, že i dlouhodobá expozice na nižších teplotách bude mít jen zanedbatelný nebo žádný vliv na mechanické vlastnosti. Tento článek však ukazuje, že nové precipitáty rostou a způsobují znatelný zpevňující efekt i v AM maraging oceli zpracované po tisku rozpouštěcím žíháním již po 6hodinové expozicí na teplotě 350 °C. K identifikaci nových precipitátů byla použita řádkovací a transmisní elektronová mikroskopie s vysokým rozlišením (HRSEM, HRTEM). Byly nalezeny velmi jemné koherentní mikrodomény obsahující převážně niklové a molybdenové vrstvy. Dále zde byly detekovány částice nové fáze Al0.5CNi3Ti0.5. Kromě toho byly také identifikovány různé precipitáty jak ve vzorcích maraging oceli ve stavu po tisku, tak ve vzorcích po následném rozpouštěcím žíhání. Po tisku byly v maraging oceli přítomné precipitáty Ni3Ti, Al03Ni0.35Ti0.35 a Al2O5Ti. Po následném rozpouštěcím žíhání při 820 °C byly v mikrostruktuře AM oceli dále nalezeny další částice Ni3Mo a další typ částic bohatých na Ti, Ni4Ti3. Precipitace nové fáze při konečném vytvrzení žíhané oceli při 350 °C způsobila 18% zvýšení pevnosti o 200 MPa.