Abstract The attractiveness of additive techniques to refurbish worn components requires the availability of data from different process. This study correlates two additive techniques, Plasma Transferred Arc (PTA – AM) and Direct Laser Deposition (DLD), using IN 625 wire. Specific features of each technique are discussed regarding their potential use to recover geometry and properties of worn components. Multilayers were processed with each technique on a section of a blade and the interaction between materials together with the effect of post deposition heat treatment were characterized. Results show that there are differences in the final microstructure and in the interaction with the part being refurbished imposed by the additive technique used. Competitive changes can be made by changing the feedstock. PTA-AM using powder material exhibits a microstructure that approaches that obtained in DLD using wire.

ResumoA manufatura aditiva é um processo utilizado para a construção e reparos de peças que possuem geometria complexa ou que necessitem de gradiente de propriedades. Nessa técnica múltiplas camadas são depositadas para a construção da geometria do componente. O sucesso desse procedimento depende de fatores como a técnica de deposição, parâmetros, liga a ser depositada e condições da deposição, como temperatura e atmosfera protetora. Neste estudo, o potencial da técnica de Plasma por arco transferido para manufatura aditiva foi avaliado produzindo “paredes finas”, construídas a partir da sobreposição de cordões. Foram utilizadas duas ligas a base de níquel, uma endurecida por precipitação e outra endurecida por solução sólida. Durante os trabalhos, foram selecionados os parâmetros de processamentos, incluindo a avaliação do efeito do pré-aquecimento a 300°C. Resultados mostraram que a composição química da liga influencia a geometria da parede construída assim como a utilização de pré-aquecimento. Estruturas de solidificação exibindo dendritas refinadas com crescimento epitaxial entre camadas são identificadas. Entretanto, as características da liga determinam o perfil de dureza ao longo da seção transversal, sendo a liga endurecida por precipitação influenciada pelos ciclos térmicos de deposição e a liga endurecida por solução sólida pela diluição com o substrato. Em qualquer dos casos é recomendado a aplicação de tratamento térmico pós-soldagem para uniformização das propriedades.

AbstractAdditive manufacturing (AM) is a process used to build and repair complex shape components or whenever a property gradient is required. In this manufacturing procedure, multiple layers are deposited to fabricate a component. The success of the procedure is strongly dependent on the deposition technique, processing parameters selection and chemical composition of the material being deposited. Also pre-heating and the use of inert atmosphere impact on cracking, wettability and oxidation of the deposited layers. In this study, the potential of plasma transferred arc for additive manufacturing was assessed by the fabrication of “thin walls”. Two Ni superalloys were used, a solid solution hardening and a gamma prime precipitation hardening alloy. The analysis of processing parameters that allowed to process “thin wall”, included pre-heating at 300°C. Results showed that the chemical composition and the using of pre-heating impact on the layers geometry. In both alloys, a fine dendritic solidification structure with epitaxial growth between layers was identified. However, each alloy determined the hardness profile along the cross section. The precipitation hardened alloy is strongly influenced by the deposition thermal cycle of each layer. The solid solution hardened alloy is mainly influenced by dilution of the first layers with the substrate.

A técnica de processamento é determinante sobre características de um revestimento. Isso porque o aporte térmico, que depende da técnica e dos parâmetros, tem influência sobre a diluição e a taxa de solidificação. Em ligas com baixa complexidade metalúrgica, o impacto do processamento com técnicas de deposição que impõem maior taxa de resfriamento podem se traduzir em refino da microestrutura. Espera-se que quanto mais refinada a microestrutura maior a resistência mecânica do revestimento. Entretanto, na deposição de ligas de maior complexidade metalúrgica isso nem sempre ocorre, porque a elevada taxa de resfriamento pode suprimir formação/precipitação de fases responsáveis pela resistência. Neste estudo, a influência do processamento sobre microestrutura e dureza de revestimentos da liga Colmonoy-6® foi avaliada. A liga foi processada por plasma com arco transferido (PTA) e laser de diodo de alta potência (HPDL) sobre chapas de AISI 304 com dois níveis de diluição. Em ambos os casos, revestimentos de boa qualidade e livres defeitos foram obtidos. O aumento do teor de Fe (diluição) e as diferentes taxas de resfriamento decorrem do processamento com diferentes parâmetros e técnicas. Em consequência, ocorrem mudanças significativas na microestrutura e na dureza dos revestimentos que estão associadas à distribuição, morfologia e composição química dos carbonetos e, principalmente, dos boretos.

The processing technique rules the characteristics of coatings. The heat input that depends on the technique and deposition parameters, accounts for changes on the dilution and solidification rate. Depositing alloys with low metallurgical complexity with a faster solidification rate can result on microstructure refining and therefore a higher mechanical resistance is expected. However, in the deposition of more complex alloys, a higher cooling rate can suppress the formation/precipitation of hard phases/compounds compromising the mechanical resistance of coatings. In this study, the influence of the processing technique on microstructure and hardness of Colmonoy-6® alloy coating was analyzed. Coatings were processed by plasma transferred arc (PTA) and high power diode laser (HPDL) on plates of AISI 304 with two different dilutions each. High quality and defect-free coating were processed. Iron content in coatings and their cooling rate were determined by the deposition technique. Consequently, significant changes in microstructure and hardness of coating occurred and were associated with the phase distribution, morphology and size of compounds, mainly of borides.