Optimization of the mechanical and corrosion resistance of Alloy 625 by aging treatment and thermo-metallurgical modelling

This thesis work is aimed to develop a metallurgical model for the nickel-base alloy 625 that, combined with the results of a thermal model based on the finite-difference method, allows to predict in a certain component the final grain-size distribution resulting from a thermal cycle, and finally, the distributions of mechanical properties and intergranular corrosion resistance. In this work, the thermal analysis and the results of the metallurgical model are applied to a cylindrical rod with finite length. The heat-transfer analysis is performed considering temperature-dependent material and fluid properties. The heating phase can be performed in a preheated furnace or assigning a certain heating gradient. Then, in the cooling phase, different modalities can be adopted: air or water cooling in still or agitated fluid. The grain-coarsening behaviour is investigated in samples subjected to different time-temperature soaking conditions. Then, the hardness and the other room-temperature tensile properties are analysed to determine their relation with grain size. The precipitation behaviour is investigated to determine the experimental time-temperature-precipitation diagram and its variation as function of the initial grain size. The precipitation response is also analysed to evaluate the industrial and metallurgical feasibility of aging treatments capable of improving mechanical properties in an alloy that is only solid-solution strengthened according to standard. After a preliminary analysis of the single aging, the double-aging treatment is studied with an optimized selection of experimental conditions. The hardness and the other room-temperature tensile properties are measured to determine the influence of precipitation phenomena. Then, the susceptibility to intergranular corrosion is investigated in the most significant conditions with corrosion tests performed in accordance to the standard.

Questo lavoro di tesi ha lo scopo di sviluppare un modello metallurgico per la lega di nickel 625 che, combinato con i risultati di un modello termico basato sul metodo delle differenze finite, permetta di prevedere in un certo componente la distribuzione finale di dimensione del grano risultante da un ciclo termico, e quindi, le distribuzioni delle proprietà meccaniche e della resistenza alla corrosione intergranulare. In questo lavoro, l'analisi termica ed i risultati del modello metallurgico sono applicati ad una barra cilindrica di lunghezza finita. L'analisi termica è eseguita considerando le proprietà del fluido e del materiale dipendenti dalla temperatura. La fase di riscaldamento può essere eseguita in forno preriscaldato o assegnando un certo gradiente di riscaldo. Successivamente, in fase di raffreddamento, possono essere adottate diverse modalità: raffreddamento in aria o in acqua con fluido fermo o agitato. L'ingrossamento del grano è studiato in campioni sottoposti a diverse condizioni di mantenimento in temperatura. Successivamente, la durezza e le altre proprietà meccaniche di trazione a temperatura ambiente sono analizzate per determinare la loro relazione con la dimensione del grano. Il comportamento a precipitazione è studiato per determinare il diagramma sperimentale di precipitazione in condizioni isoterme e la sua variazione in funzione della dimensione iniziale del grano. La risposta a precipitazione è analizzata anche per indagare la fattibilità industriale e metallurgica di trattamenti di invecchiamento in grado di migliorare le proprietà meccaniche in una lega che è rinforzata solo per alligazione in base allo standard. Dopo un'indagine preliminare sul trattamento di invecchiamento singolo, il doppio invecchiamento è studiato con una selezione ottimizzata di condizioni sperimentali. La durezza e le altre proprietà meccaniche di trazione a temperatura ambiente sono rilevate per determinare l'influenza dei fenomeni di precipitazione. Successivamente, la suscettibilità alla corrosione intergranulare è investigata nelle condizioni più significative con prove di corrosione eseguite in base allo standard.