تاثیر عملیات‌حرارتی بازپخت بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ Ti-6242 ساخته‌شده به‌روش ذوب بستر پودر با لیزر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

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

چکیده

مقدمه و اهداف: آلیاژ Ti-6242 به‌دلیل مقاومت حرارتی بالا، در حوزه ساخت افزایشی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. بااین‌حال، قطعات تولیدشده از این آلیاژ به‌روش‌های ساخت افزایشی برپایه لیزر، به‌دلیل سرعت انجماد بالا و تشکیل فازهای ناخواسته، نیازمند عملیات‌حرارتی تکمیلی هستند. هدف این پژوهش، بررسی تاثیر عملیات‌حرارتی بازپخت بر ریزساختار و خواص نمونه‌های ساخته‌شده از این آلیاژ به‌روش ذوب بستر پودر با لیزر است. 
مواد و روش‌ها: عملیات‌حرارتی بازپخت در سه دمای 950، 1005 و oC 1050 به‌مدت زمان‌های‌ 1، 3، 5 و 7 ساعت انجام و ریزساختار، نوع فازها و خواص مکانیکی آن‌ها با استفاده از میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی، پراش پرتو ایکس و آزمون پانچ برشی ارزیابی شد.
یافته‌ها: ریزساختار اولیه شامل دانه‌های ستونی β اولیه با پرگنه‌های ά بود. عملیات‌حرارتی باعث تشکیل فازهای پایدارتر α و β، به‌جای فاز شبه‌پایدار ά شد. در دماهای 1005 و  1050 oC، ریزساختار از حالت ستونی به هم‌محور تغییر یافت؛ درحالی‌که در دمای oC 950 حالت ستونی ساختار حفظ شد. نمودارهای ویلیام‌سون-هال، کاهش ریزکرنش شبکه‌ را در نمونه‌های عملیات‌حرارتی‌شده نشان دادند. عملیات‌حرارتی‌ اعمال‌شده، استحکام برشی نهایی و انعطاف‌پذیری نمونه‌ها را به‌طور همزمان افزایش داد. بیشترین استحکام برشی نهایی (MPa 761) و جابه‌جایی نرمال‌شده (0/0638)، با عملیات حرارتی در دمای oC 1005 حاصل شد.
نتیجه‌گیری: عملیات‌حرارتی مناسب موجب پایداری ریزساختار، کاهش ریزکرنش شبکه و تبدیل ساختار ستونی به هم‌محور می‌شود. عملیات‌حرارتی می‌تواند به‌طور همزمان منجر به افزایش استحکام نهایی برشی و انعطاف‌پذیری نسبت به نمونه اولیه شود. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Annealing Heat Treatment on Microstructure and Mechanical Properties of Ti-6242 Alloy Fabricated by Laser Powder Bed Fusion Method

نویسندگان [English]

  • Amir Hossein Emami Ghalehghasemi 1
  • Abolfazl Azadi 1
  • Behzad Niroumand 1
  • Abdollah Saboori 2
1 Department of Materials Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
2 Department of Management and Production Engineering, Politecnico di Torino, Torino, Italy
چکیده [English]

Introduction and Objectives: Ti-6242 alloy is highly regarded in additive manufacturing due to its excellent thermal resistance. Titanium laser-based additively manufactured components, however, often require post-heat treatments because of their high solidification rate and formation of undesirable phases. The aim of this study is to investigate the effects of annealing heat treatment on the microstructure and mechanical properties of Ti-6242 specimens fabricated by laser powder bed fusion method.
Materials and Methods: Annealing heat treatments were conducted at three temperatures of 950, 1005, and 1050 ℃ for holding times of 1, 3, 5, and 7 hours. The resulting microstructure, phase composition, and mechanical properties were characterized using optical and scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and shear punch testing.
Results: The as-built microstructure consisted of columnar primary β grains with colonies of metastable martensitic α′. Heat treatment led to decomposition of α′ and formation of more stable α and β phases. At 1005 and 1050 °C, the microstructure transformed from columnar to equiaxed, whereas at 950 °C, the columnar structure was retained. Williamson–Hall plots obtained from XRD patterns revealed a reduction in the lattice microstrain of heat treated samples compared with the as-built one. The applied heat treatment, improved both ultimate shear strength and ductility of the samples. The highest ultimate shear strength (761 MPa) and normalized displacement (0.638) were achieved at 1005 °C.
Conclusion: Appropriate heat treatment leads to a more stable microstructure, reduction in lattice microstrain, and transformation of the columnar structure to an equiaxed one. This process could simultaneously enhance the ultimate shear strength and ductility compared to the as-built sample.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Additive Manufacturing
  • Laser Powder Bed Fusion
  • Ti-6242 alloy
  • Heat Treatment
  • Microstructure
  • Shear Punch Test

تحت نظارت وف ایرانی