Evaluation of the strength of IN625 layers deposited on WCL steel using the Directed Energy Deposition method

ABSTRACT: The aim of this study was to investigate the feasibility of using Directed Energy Deposition (DED) technology for depositing a nickel-based superalloy IN625 onto a WCL tool steel substrate in the context of component regeneration and repair under high load conditions. The process was carried out at different laser powers (1100 W and 1300 W), followed by tensile testing and microhardness measurements. The analysis showed that with increasing laser power, both the yield strength (R_p0.2) and tensile strength (Rm) increased, albeit at the expense of reduced elongation (A). The microhardness results confirmed the presence of a transition zone with increased hardness (up to ~600 HV), resulting from the formation of intermetallic phases and quenching transformations in the WCL steel. The IN625 cladding exhibited a characteristic dendritic structure, while the substrate was dominated by martensitic transformations.

KEYWORDS: Directed Energy Deposition (DED), IN625 cladding, WCL tool steel, additive manufacturing technologies

STRESZCZENIE: Celem pracy było zbadanie możliwości zastosowania technologii Directed Energy Deposition (DED) do napawania nadstopu niklu IN625 na podłoże ze stali narzędziowej WCL w kontekście regeneracji i naprawy elementów pracujących w warunkach wysokich obciążeń. Proces prowadzono przy różnych mocach lasera (1100 W i 1300 W), a następnie wykonano próby rozciągania oraz pomiary mikrotwardości. Analiza wykazała, że wraz ze wzrostem mocy lasera rosną wartości granicy plastyczności (R_p0,2) i wytrzymałości na rozciąganie (Rm), jednak kosztem obniżenia wydłużenia A. Wyniki mikrotwardości potwierdziły obecność strefy przejściowej o podwyższonej twardości (do ~600 HV), wynikającej z wydzieleń faz międzymetalicznych oraz przemian hartowniczych w stali WCL. Napoina IN625 wykazywała charakterystyczną strukturę dendrytyczną, natomiast w podłożu dominowały przemiany martenzytyczne.

SŁOWA KLUCZOWE: Directed Energy Deposition (DED), napawanie IN625, stal narzędziowa WCL, technologie przyrostowe

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

[1] „Siemens Brochure template A4 portrait”. Dostęp: 3 października 2025. [Online]. Dostępne na: https://assets.new.siemens.com/siemens/assets/api/uuid:1b43afb5-2d07-47f7-9eb7-893fe7d0bc59/TCOD-2024_original.pdf

[2] „Reducing costs of spare parts supply systems via static priorities”, ResearchGate, sie. 2025, doi: 10.1142/S0217595909002377.

[3] C. J. Page, T. Devermann, J. Biffin, i N. Blundell, „Plasma augmented laser welding and its applications”, Sci.Technol. Weld. Join., t. 7, nr 1, s. 1–10, luty 2002, doi: 10.1179/136217102225001313.

[4] „Powder Bed Fusion 3D Printing in Precision Manufacturing for Biomedical Applications: A Comprehensive Review”, ResearchGate, paź. 2025, doi: 10.3390/ma17030769.

[5] „Directed Energy Deposition (DED) Additive Manufacturing: Physical Characteristics, Defects, Challenges andApplications”, ResearchGate, sie. 2025, doi: 10.1016/j.mattod.2021.03.020.

[6] „State of the Art in Directed Energy Deposition: From Additive Manufacturing to Materials Design”, ResearchGate, sie. 2025, doi: 10.3390/coatings9070418.

[7] „Precipitates in Additively Manufactured Inconel 625 Superalloy”, ResearchGate, kwi. 2025, doi: 10.3390/ma12071144.

[8] „Laves phases: a review of their functional and structuralapplications and an improved fundamental understandingof stability and properties”, ResearchGate, doi: 10.1007/s10853-020-05509-2.

[9] „Effect of Nb addition on the microstructure and mechanical properties of Inconel 718 fabricated by laser directed energy deposition | Request PDF”, ResearchGate, sie. 2025, doi: 10.1016/j.matchar.2021.111601.

[10] M. J. Kim i C. Saldana, „Thin wall deposition of IN625 using directed energy deposition”, J. Manuf. Process., t. 56,s. 1366–1373, sie. 2020, doi: 10.1016/j.jmapro.2020.04.032.

[11] „Enhanced mechanical properties and deformation mechanisms in DED Inconel 625 via printing path switching”,ResearchGate, sie. 2025. Dostęp: 3 października 2025. [Online]. Dostępne na: https://www.researchgate.net/publication/389756079_Enhanced_mechanical_properties_and_deformation_mechanisms_in_DED_Inconel_625_via_printing_path_switching

[12] „Mechanical Performance of Inconel 625 Alloy Processedby L-DED Additive Manufacturing”, w ResearchGate, doi:10.26678/ABCM.COBEM2023.COB2023-1350.

DOI: https://doi.org/10.17814/mechanik.2025.11.9

 

* Artykuł recenzowany