Možnosti přípravy intermetalických slitin TiAl pomocí 3D tisku ze směsi prášků na bázi Ti a Al

Vojtěch Pavlík

Master's thesis

Possibilities of preparing TiAl intermetallic alloys using 3D printing from a mixture of powders based on Ti and Al

Abstract:

Byla studována příprava slitiny Ti-44Al-1,7V-0,2Mg-4,5Si ze směsi prášků Ti6Al4V a AlSi10Mg za pomocí technologie SLM (selektivní laserové tavení) a HIP (izostatické lisování za tepla). Bylo zjištěno, že průběh SLM je výrazně ovlivněn exotermickou reakcí, a je proto nutné volit při tisku nižší výkony, větší Hatchovy vzdálenosti a rychlosti skenování, aby bylo možné dosáhnout výtisků požadovaných rozměrů. Použití jiných tiskových parametrů mělo za následek deformaci a křivení vzorků při tisku. Po SLM mohou být ve struktuře pozorovány trhliny, póry a neroztavené částice prášku Ti, a to i při použití parametrů, které umožnily konstrukci vzorků. Za pomoci technologie HIP se podařilo výrazně snížit počet trhlin a pórů až o 90 % a dosáhnout homogenizace, včetně eliminace neroztavených částic prášku Ti. Následné tepelné zpracování (HT) zmodifikovalo strukturu na duplexní typ, který obsahuje vysoké množství fáze γ-TiAl, dále také fázi α2 Ti3Al a precipitáty Ti5Si3. Hodnoty tvrdosti, meze kluzu v tlaku, pevnosti v tlaku a plastické deformace při RT (pokojové teplotě) byly větší ve směru kolmém na směr tisku než ve směru paralelním, z čehož můžeme odvodit anizotropní chování. Tvrdost, mez kluzu při RT a mechanické vlastnosti při vyšších teplotách vykazovaly podobné hodnoty jako nízkolegované slitiny TiAl s duplexní strukturou, které se připravují klasickým litím, nebo práškovou metalurgií. Byl také studován a diskutován vliv jednotlivých kroků přípravy na mikrostrukturu a mechanické vlastnosti.

Abstract:

The preparation of a Ti-44Al-1.7V-0.2Mg-4.5Si alloy from a mixture of Ti6Al4V and AlSi10Mg powders by SLM and HIP were studied. It was found that the course of SLM is significantly affected by the exothermic reaction and therefore is necessary to use low laser powers and higher Hatch spacing and scan speeds to construct prints of the designed dimensions. The use of other printing parameters resulted in significant warping, which made preparation by SLM impossible. Cracks and porosities including un-melted Ti powder particles were observed in the microstructure after SLM, even with the use of appropriate parameters that enabled the construction. HIP (hot isostatic pressing) enabled significant elimination of cracks and pores by up to 90 %, as well as significant homogenization including elimination of un-melted Ti powder particles. Subsequent heat treatment (HT) modified the microstructure to duplex type contained high amount of γ-TiAl phase, α2-Ti3Al phase and Ti5Si3 precipitates. Hardness, compressive yield strength, compressive strength, and plastic deformation at RT (room temperature) were higher in the direction perpendicular to the printing direction than in the parallel direction which indicates anisotropic behavior. Hardness, yield strength at RT and mechanical properties at higher temperatures showed similar values to cast or powder metallurgy prepared low-alloyed TiAl alloys with a duplex or near gamma type of microstructure. The influence of individual preparation steps on the microstructure and mechanical properties was also studied and discussed.

Keywords

intermetalika, TiAl, aditivní technologie, izostatické lisování za tepla, tepelné zpracování, mikrostruktura, tvrdost, zkoušky tlakem

Keywords

intermetallics, TiAl, additive manufacturing, hot isostatic pressing, heat treatment, microstructure, hardness, compressive testing

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 30. 5. 2023
• Supervisor: Tomáš Čegan
• Reader: Ivo Szurman

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta materiálově-technologická

Master programme / field:
Materiálové inženýrství / Materiálové technologie a recyklace