Investigation of an additively manufactured modified aluminum 7068 alloy: Processing, microstructure, and mechanical properties

材料科学 微观结构 成核 蒸发 合金 多孔性 极限抗拉强度 透射电子显微镜 扫描电子显微镜 冶金 开裂 复合材料 光学显微镜 纳米技术 化学 物理 有机化学 热力学
作者
Brandon Fields,Mahsa Amiri,Benjamin E. MacDonald,Julia T. Pürstl,Chen Dai,Xiaochun Li,Diran Apelian,Lorenzo Valdevit
出处
期刊:Materials Science and Engineering A-structural Materials Properties Microstructure and Processing [Elsevier BV]
卷期号:891: 145901-145901 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.msea.2023.145901
摘要

Many additively manufactured alloys exhibit higher strengths than compositionally identical alloys processed via conventional processing routes. However, this enhancement is not consistently observed in 7xxx series Aluminum alloys. These alloys present two complications when printed via Laser Powder Bed Fusion (LPBF): significant evaporation of strengthening elements from the melt pool and hot cracking during solidification. To address these issues, we introduce two modifications to the feedstock powder: (i) we increase the concentration of alloying constituents to counteract evaporation during printing, and (ii) we disperse TiC nanoparticles within the feedstock powder to promote heterogenous nucleation and limit grain growth, thus avoiding hot cracking and improving strength. Relationships between the evaporation of alloying elements and laser energy density are quantified experimentally using inductively-coupled-plasma mass-spectrometry and are well captured by simple analytical models. The microstructures in as-printed and heat-treated conditions are characterized using x-ray diffraction, scanning electron microscopy, and transmission electron microscopy. Printing parameters have been optimized to attain minimum porosity, resulting in tensile strengths up to 650 MPa, which are in good agreement with predictions from classic models of strengthening mechanisms.

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