Microstructure evolution and mechanical properties of a high-strength Mg-10Gd-3Y–1Zn-0.4Zr alloy fabricated by laser powder bed fusion

材料科学 共晶体系 微观结构 极限抗拉强度 合金 延展性(地球科学) 冶金 相(物质) 延伸率 晶界 复合材料 蠕动 有机化学 化学
作者
Qingchen Deng,Yujuan Wu,Qianye Wu,Yanting Xue,Yu Zhang,Liming Peng,Wenjiang Ding
出处
期刊:Additive manufacturing [Elsevier BV]
卷期号:49: 102517-102517 被引量:87
标识
DOI:10.1016/j.addma.2021.102517
摘要

Abstract A high-strength Mg-10Gd-3Y-1Zn-0.4Zr (GWZ1031K, wt.%) alloy was prepared by laser powder bed fusion (LPBF), and the microstructure and mechanical properties of the as built, LPBF-T5, LPBF-T4, and LPBF-T6 states were systematically studied. The as built alloy is composed of fine equiaxed ɑ-Mg grains with an average grain size of 4.1 ± 0.5 μm, reticular β-(Mg,Zn)3(Gd,Y) eutectic phase and flaky Y2O3 oxide phase, and exhibits yield strength (YS) of 310 ± 8 MPa, ultimate tensile strength (UTS) of 347 ± 6 MPa and elongation (EL) of 4.1 ± 0.8%. A simple direct aging heat treatment at 175℃ for 64 h after LPBF leads to an ultra-high YS of 365 ± 12 MPa but a low EL of 0.8 ± 0.3% in the LPBF-T5 alloy. The solution heat treatment improves ductility by transforming the hard and brittle eutectic phase into the relatively soft and deformable lamellar long period stacking ordered (LPSO) structure inside grains and X phase at grain boundaries without obvious grain growth. Moreover, the LPBF-T4 alloy solution-treated at 450℃ for 12 h exhibits YS of 255 ± 8 MPa, UTS of 328 ± 9 MPa, and EL of 10.3 ± 0.5%. Aging heat treatment after solution introduces numerous prismatic β′ and β1 precipitates, which help to increase tensile strength. The YS, UTS, and EL of the LPBF-T6 alloy are 316 ± 5 MPa, 400 ± 7 MPa, and 2.2 ± 0.3%, respectively. It can be concluded that the LPBF process when combined with specially designed post-processing holds great promise for the manufacturing of high-performance components of the Mg-rare earth alloys with significantly higher YS for various applications.
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