Altering microstructure and enhancing mechanical properties during direct energy deposition of Ti-6Al-4V via in-process laser heat treatments
Modification de la microstructure et amélioration des propriétés mécaniques lors du dépôt direct d'énergie de Ti-6Al-4V par des traitements thermiques au laser en cours de fabrication
Résumé
In-process laser-based heat treatment (LHT) is explored as an alternative to post-process heat treatments such as annealing, in order to alter the hcp (α′ and αd) and bcc (β) phase content. Three samples were manufactured with a miniature laser metal deposition machine with the laser operating at 300 W. The reference sample was not subjected to any LHT. For the remaining samples, each deposited layer was subjected to an additional LHT at 100 W (LHT100) for one sample and 300 W (LHT300) for the other, without powder addition. LHT100 showed an overall improvement in the strength/ductility trade-off. Whereas LHT300 resulted in a lower strength but a much higher ductility and toughness than the other samples. Synchrotron X-ray diffraction analysis of as-built samples revealed an insignificant difference between hcp and bcc phase content between different samples. However, scanning electron microscopy uncovered a significant effect of LHTs on the fractions of different hcp phases. Along with the breakdown of α′ into αd and β, evidence of massive transformation from bcc β to hcp αm was also found in all samples. Results show promising improvement in the material strength/ductility trade-off, demonstrating the potential of in-process LHTs for altering microstructures and tailoring mechanical properties.
Le traitement thermique par laser en cours de fabrication est étudié comme une alternative aux traitements thermiques post-processus tels que le recuit, afin de modifier la teneur en phases hcp (α′ et αd) et bcc (β). Trois échantillons ont été fabriqués à l'aide d'une machine miniature de dépôt métallique par laser, le laser fonctionnant à 300 W. L'échantillon de référence n'a pas été soumis à un LHT. Pour les autres échantillons, chaque couche déposée a été soumise à un LHT supplémentaire à 100 W (LHT100) pour un échantillon et à 300 W (LHT300) pour l'autre, sans ajout de poudre. Le LHT100 a montré une amélioration globale du compromis résistance/ductilité. En revanche, le LHT300 a permis d'obtenir une résistance plus faible, mais une ductilité et une ténacité beaucoup plus élevées que celles des autres échantillons. L'analyse par diffraction des rayons X synchrotron des échantillons tels que construits a révélé une différence insignifiante entre la teneur en phases hcp et bcc entre les différents échantillons. Cependant, la microscopie électronique à balayage a révélé un effet significatif des LHT sur les fractions des différentes phases hcp. Parallèlement à la décomposition de α′ en αd et β, la preuve d'une transformation massive de bcc β en hcp αm a également été trouvée dans tous les échantillons. Les résultats montrent une amélioration prometteuse du compromis résistance/ductilité du matériau, démontrant le potentiel des LHT en cours de fabrication pour modifier les microstructures et adapter les propriétés mécaniques.
Fichier principal
In_process_alteration_of_Ti6Al4V_microstructure_during_additive_manufacturing-2.pdf (106.98 Mo)
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