توصيفگر ها :
ساخت افزايشي , ذوب بستر پودر با پرتوي الكتروني , Ti6242 , عملياتحرارتي , ريزساختار , خواص مكانيكي
چكيده فارسي :
آلياژ Ti6242 يك آلياژ تيتانيوم شبه آلفا با كاربرد گسترده در صنايع زيستپزشكي، خودرو و حمل و نقل هوايي است كه نسبت به آلياژ شناخته شدهتر Ti64 مقاومت حرارتي بالاتري دارد و به همين دليل امكان فراوري آن از طريق فرايندهاي معمول چالشبرانگيز است. از اينرو، اخيرا از فرايندهاي ساخت افزايشي، و خصوصا روشهاي ذوب بستر پودر، در توليد قطعات اين آلياژ استفاده شده است. روشهاي ذوب بستر پودر، كه در آن پرتوي ليزر يا پرتوي الكتروني قسمتهاي مشخص از يك بستر پودر از پيش آماده شده را ذوب ميكند، از روشهاي اصلي ساخت افزايشي قطعات فلزي هستند. دستيابي به خواص مناسب از قطعات ساخته شده از آلياژ Ti6242 به روشهاي ذوب بستر پودر براي كاربردهاي گفته شده، نيازمند بهينهسازي فرايند توليد و اصلاح ريزساختارهاي حاصله با فرايندهاي تكميلي مناسب مانند عملياتحرارتي است. با توجه به مطالعات اندك انجام شده در اين زمينه، اين پژوهش به بررسي تاثير عملياتحرارتي بازپخت بر ريزساختار و خواص آلياژ Ti6242 ساختهشده بهروش ذوب بستر پودر با پرتوي الكتروني پرداخته است. بررسي نمونههاي ساخته شده نشان داد كه ميزان تخلخل در نمونهها در بازهي قابل قبول براي فرايندهاي ذوب بستر پودر است و ريزساختار انجمادي نمونه در حالت پس از ساخت شامل دانههاي ستوني β اوليه حاوي فازهاي لايهاي β+α با ريخت ويدمناشتاتن و سبدبافت بود. عملياتحرارتي بازپخت در سه دماي ℃950، ℃1005 و ℃1050 بهمدت زمانهاي 1، 3، 5 و 7 ساعت بر روي نمونهها انجام و ريزساختار، نوع فازها و خواص مكانيكي آنها ارزيابي و مقايسه شد. دماهاي انتخاب شده به ترتيب در منطقه دمايي پايين، نزديك و بالاي دماي استحالهي فازي α به β آلياژ هستند. نتايج نشان داد كه ريزساختار حاصل از عملياتحرارتي در دماي ℃950، مشابه با نمونه در حالت پس از ساخت اما با اجزاء ريزساختاري درشتتر بود و افزايش مدت زمان عملياتحرارتي منجر به افزايش بيشتر ابعاد اجزاء ريزساختاري شد. عملياتحرارتي در دماهاي ℃1005 و ℃1050 ريزساختار را از حالت ستوني به هممحور تغيير داد. دانههاي هممحور β در اين دو دما حاوي كلنيهاي بزرگ α بودند. نمودارهاي ويليامسون-هال بهدست آمده از الگوهاي پراش پرتوي ايكس، ريزكرنش بالاتر شبكه در نمونههاي عملياتحرارتي شده نسبت به نمونه در حالت پس از ساخت را نشان دادند. پس از انجام عملياتحرارتي، درصد فاز β در دماهاي ℃950 و ℃1050 افزايش و در ℃ 1005 كاهش يافت. سختي نمونهها پس از عملياتحرارتي در محدوده HV 350-365 قرار گرفت كه كمتر از نمونه در حالت پس از ساخت و مشابه قطعات توليدي به روشهاي سنتي (HV 340-360) بود. استحكام برشي نهايي نمونهها پس از عملياتحرارتي در دماهاي ℃950 و ℃1050 نسبت به نمونه در حالت پس از ساخت كاهش اما انعطافپذيري آنها افزايش يافت. كاهش استحكام برشي نهايي و انعطافپذيري پس از عملياتحرارتي در دماي ℃ 1005 نسبت به ديگر نمونهها به كاهش بيش از حد فاز β نسبت داده شد.
چكيده انگليسي :
Ti6242 alloy is a near-alpha titanium alloy with extensive applications in biomedical, automotive, and aviation industries. Compared to the more widely used Ti64 alloy, Ti6242 exhibits superior thermal resistance, making its processing via conventional methods challenging. Consequently, recent efforts have focused on additive manufacturing, particularly powder bed fusion (PBF), techniques for producing components from this alloy. PBF methods, which involve selective melting of a pre-prepared powder bed using laser or electron beams, are among the primary techniques for additive manufacturing of metal components. Achieving desirable properties in Ti6242 components produced through PBF for the aforementioned applications requires optimization of the manufacturing process and modification of the resultant microstructures through suitable post-processing techniques, such as heat treatment. Given the limited research on this topic, the present study investigates the effects of annealing heat treatment on the microstructure and properties of Ti6242 alloy produced via electron beam PBF. Examination of the fabricated samples revealed that the porosity levels were within the acceptable ranges for PBF processes. The as-built microstructure consisted of columnar primary β grains containing lamellar α+β phases with Widmanstätten and basketweave morphologies. Annealing heat treatment was performed at three temperatures, i.e. 950, 1005, and 1050 °C, for durations of 1, 3, 5, and 7 hours. The resulting microstructure, phase composition, and mechanical properties of the treated samples were subsequently evaluated and compared. The selected temperatures correspond to regions below, near, and above the α-to-β phase transformation temperature of the alloy, respectively. The results indicated that the microstructure at 950 °C was similar to that of the as-built sample but with coarser microstructural features. Prolonged heat treatment at this temperature further increased the size of these features. Heat treatment at 1005 °C and 1050 °C transformed the microstructure from columnar to equiaxed grains. Equiaxed β grains at these temperatures contained large α colonies. Williamson-Hall plots derived from X-ray diffraction patterns showed higher lattice microstrain in the heat-treated samples compared to the as-built condition. After heat treatment, fraction of the β phase increased at 950 and 1050 °C but decreased at 1005 °C. Hardness of the heat-treated samples ranged between 350 and 365 HV which was lower than that of the as-built sample, but comparable to those of conventionally fabricated samples (340–360HV). Ultimate shear strength of the samples decreased after heat treatment at 950 and 1050 °C, while their ductility improved. However, heat treatment at 1005 °C resulted in a significant reduction in both ultimate shear strength and ductility, attributed to excessive reduction in the β phase fraction.