ریزساختار و سختی آلیاژ Ti-6242 ساخته‌شده به‌روش‌های ذوب بستر پودر با پرتوی الکترونی (EB-PBF) و ذوب بستر پودر با لیزر (L-PBF)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان 83111-84156، ایران

2 دانشکده مدیریت و مهندسی تولید، دانشگاه پلی تکنیک تورین، تورین 10129، ایتالیا

چکیده

آلیاژ Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti6242) یک آلیاژ تیتانیوم شبه آلفا با کاربرد گسترده در صنایع زیست‌پزشکی، خودرو و حمل و نقل هوایی است که نسبت به آلیاژ شناخته شده‌تر Ti-6Al-4V مقاومت حرارتی بالاتری دارد و به همین دلیل امکان فراوری آن از طریق فرایندهای معمولی چالش‌برانگیز است. از این‌رو، اخیرا از فرایندهای ساخت افزایشی و خصوصاً روش‌های ذوب بستر پودر در تولید قطعات این آلیاژ استفاده شده است. در این پژوهش ریزساختار، نوع فازها و سختی نمونه‌های آلیاژ Ti6242 تولید شده به دو روش ذوب بستر پودر با پرتوی الکترونی (EB-PBF) و لیزر (L-PBF) با استفاده از میکروسکوپ نوری، الکترونی روبشی و پراش پرتو ایکس ارزیابی و مقایسه شد. نتایج نشان داد که میزان تخلخل در نمونه‌ها در بازه‌ قابل قبول برای فرایندهای ذوب بستر پودر بوده و در L-PBF اندکی کمتر است. ریزساختار انجمادی نمونه‌ها شامل دانه‌های ستونی β اولیه حاوی فاز مارتنزیتی ά برای فرایند L-PBF و فازهای لایه‌ای β+α با ریخت ویدمن‌اشتاتن و سبدبافت و پرگنه‌های α برای فرایند EB-PBF است. ریزساختار نمونه‌ EB-PBF در لایه‌های نزدیک به سطح بالایی نمونه به دلیل تغییرات در نرخ سرمایش و زمان بازپخت در لایه‌های آخر نسبت به لایه‌های زیرین متفاوت بود. نمودارهای ویلیام‌سون-هال از الگوهای پراش پرتوی ایکس مشتق شد و ریزکرنش بالاتر شبکه‌ در فرایند L-PBF نسبت به EB-PBF را نشان داد. سختی متوسط در نمونه‌های EB-PBF و L-PBF به‌ترتیب نزدیک به HV 408 و HV 401 به‌دست آمد که نسبت به سختی قطعات ساخته‌شده به‌رو‌ش‌های معمولی بیشتر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Microstructure and hardness of Ti-6242 alloy fabricated by Electron Beam Powder Bed Fusion (EB-PBF) and Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) methods

نویسندگان [English]

  • A. H,. Emami 1
  • A. Azadi 1
  • B. Niroumand 1
  • M. Galati 2
  • A. Saboori 2
1 Department of Materials Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran
2 Department of Management and Production Engineering, Politecnico di Torino, 10129, Torino, Italy
چکیده [English]

Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti6242) alloy is a near-alpha titanium alloy widely used in biomedical, automobile and aviation industries, known for having a higher service temperature than the more commonly used Ti-6Al-4V alloy. This has made conventional processing of the alloy more challenging. As a result, additive manufacturing processes, particularly powder bed fusion (PBF) methods, have recently been employed to produce components from this alloy. In this study, microstructure, phases formed, and hardness of Ti6242 alloy samples produced by two powder bed fusion techniques, i.e. electron beam (EB-PBF) and laser (L-PBF), were analyzed and compared using optical microscopy, scanning electron microscopy, and X-ray diffraction. The results indicated that the porosity levels in both samples were within the acceptable ranges for powder bed fusion processes, with L-PBF showing somewhat lower porosity. The solidified microstructure of L-PBF samples consisted of columnar β grains with martensitic α' phase, and that of EB-PBF sample consisted of lamellar α+β phases with Widmanstätten and basketweave morphology and α colonies. Microstructure of EB-PBF sample near the top surface was different from that of the lower layers due to variations in the cooling rate and annealing time during deposition of the last layers. XRD pattern driven Williamson-Hall plots revealed higher lattice microstrain in the L-PBF process. The average hardness of EB-PBF and L-PBF samples was measured to be approximately 408 HV and 401 HV, which are higher than that of the hardness of conventionally fabricated components.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Additive Manufacturing
  • Electron Beam Powder Bed Fusion
  • Laser Powder Bed Fusion
  • Ti6242 alloy
  • Microstructure

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی