Design of Al–Fe–Mn alloy for both high-temperature strength and sufficient processability of laser powder bed fusion

材料科学 合金 微观结构 液相线 共晶体系 金属间化合物 相(物质) 三元运算 融合 冶金 热稳定性 复合材料 化学工程 语言学 化学 程序设计语言 哲学 工程类 有机化学 计算机科学
作者
Wenyuan Wang,Naoki Takata,Asuka Suzuki,Makoto Kobashi,Masaki Kato
出处
期刊:Additive manufacturing [Elsevier BV]
卷期号:68: 103524-103524 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.addma.2023.103524
摘要

This paper presents a novel design concept for Al alloys with both sufficient laser powder bed fusion (L-PBF) processability and high-temperature mechanical performance using an Al–Fe–Mn ternary alloy with a refined α-Al/Al6M (M = Fe, Mn) two-phase microstructure. The near-eutectic (liquid → α-Al(fcc) + Al6M) composition of Al–2.5Fe–2Mn (mass%) was designed to avoid the formation of coarse primary intermetallics (having a detrimental effect on the PBF processability for densification) based on non-equilibrium liquidus projection thermodynamic calculations. The designed Al–2.5Fe–2Mn alloy powder exhibited sufficient L-PBF processability, and fully dense centimeter-sized samples (relative densities of above 99%) were successfully prepared. The L-PBF Al–2.5Fe–2Mn alloy samples exhibited a significantly refined solidification microstructure consisting of Al6M and α-Al phases in the melt-pool regions. Fe and Mn alloying elements contributed to the formation of nanoscale Al6M-phase particles and a high solid solution concentration in the α-Al matrix. The strength of the L-PBF Al–2.5Fe–2Mn alloy was slightly reduced at higher temperatures, but remained above 240 MPa at an elevated temperature of 300 °C. This superior high-temperature mechanical performance was attributed to the high thermal stability of the refined α-Al/Al6M two-phase microstructure and the formation of nanosized Al6M-phase precipitates.
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