Lämpökäsittelyn vaikutus jauhepetisulatuksen avulla valmistetun Ti64:n materiaaliominaisuuksiin

Abstract

Laserjauhepetisulatuksella valmistetun Ti-6Al-4V-seoksen mikrorakenne poikkeaa perinteisillä valmistusmenetelmillä tuotetun materiaalin rakenteesta prosessiin liittyvän nopean jäähtymisen ja toistuvien lämpösyklien vuoksi. Tämän seurauksena kappaleeseen muodostuu jäännösjännityksiä sekä korkean lujuuden mutta rajallisen murtovenymän omaava mikrorakenne. Tulostuksen jälkeisellä lämpökäsittelyllä mikrorakennetta voidaan muokata siten, että materiaalin lujuuden ja sitkeyden välinen tasapaino paranee.

Työssä tutkittiin lämpökäsittelyparametrien, eli lämpötilan, pitoajan ja suojakaasun vaikutusta Ti64:n vetolujuuteen ja murtovenymään. Koekappaleille tehtiin seitsemän erilaista lämpökäsittelyä 550 °C:n ja 1050 °C:n välillä, minkä jälkeen niiden mekaaniset ominaisuudet määritettiin vetokokeilla.

Tulosten perusteella valmistajan suosittelema 800 °C:n lämpökäsittely osoittautui tutkituista vaihtoehdoista parhaaksi lujuuden ja murtovenymän yhdistelmän kannalta. Pitoajan lyhentäminen yhteen tuntiin ei vaikuttanut tuloksiin merkittävästi, mutta suojakaasun puuttuminen heikensi murtovenymää alpha-case-kerroksen muodostumisen vuoksi.

The microstructure of Ti-6Al-4V alloy manufactured by laser powder bed fusion differs from conventionally produced material due to the rapid cooling and repeated thermal cycles inherent to the process. This results in residual stresses and a microstructure with high strength but limited elongation. Post-process heat treatment can modify the microstructure to improve balance between strength and ductility.

The effect of heat treatment parameters including temperature, holding time and shielding gas on tensile strength and elongation of Ti64 was investigated. Seven different heat treatments were performed on test specimens over a range of 550 °C to 1050 °C, after which their mechanical properties were determined through tensile testing.

Based on the results, the manufacturer recommended 800 °C heat treatment proved to be the best among the studied alternatives in terms of the combination of strength and elongation. Shortening the holding time to one hour did not significantly affect the results, but the absence of shielding gas reduced the elongation to failure due to the formation of alpha-case layer.