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Microstructure, mechanical properties and fracture mechanisms in a 7017 aluminium alloy tailored for powder bed fusion – laser beam

  • This study addressed a 7017 Al-alloy tailored for powder bed fusion – laser beam (PBF-LB) process. The alloy was prepared by mixing 3 wt% Zr and 0.5 wt% TiC powder to standard pre-alloyed 7017 grade aluminium powder. This made printing of the alloys possible avoiding solidification cracking in the bulk and achieving high relative density (99.8 %). Such advanced alloys have significantly higher Young’s modulus (>80 GPa) than conventional Al-alloys (70–75 GPa), thus making them attractive for applications requiring high stiffness. The resulting microstructure in as-printed condition was rich in particles originating from admixed powders and primary precipitates/inclusions originating from the PBF-LB process. After performing a T6-like heat treatment designed for the PBF-LB process, the microstructure changed: Zr-nanoparticles and Fe- or Mg/Zn- containing precipitates formed thus providing 75 % increase in yield strength (from 254 MPa to 444 MPa) at the cost of decreasing ductility (∼20 %This study addressed a 7017 Al-alloy tailored for powder bed fusion – laser beam (PBF-LB) process. The alloy was prepared by mixing 3 wt% Zr and 0.5 wt% TiC powder to standard pre-alloyed 7017 grade aluminium powder. This made printing of the alloys possible avoiding solidification cracking in the bulk and achieving high relative density (99.8 %). Such advanced alloys have significantly higher Young’s modulus (>80 GPa) than conventional Al-alloys (70–75 GPa), thus making them attractive for applications requiring high stiffness. The resulting microstructure in as-printed condition was rich in particles originating from admixed powders and primary precipitates/inclusions originating from the PBF-LB process. After performing a T6-like heat treatment designed for the PBF-LB process, the microstructure changed: Zr-nanoparticles and Fe- or Mg/Zn- containing precipitates formed thus providing 75 % increase in yield strength (from 254 MPa to 444 MPa) at the cost of decreasing ductility (∼20 % to ∼9 %). In-situ tensile testing combined with SXCT, and ex-situ tensile testing combined with fracture analysis confirmed that the fracture initiation in both conditions is highly dependent on defects originated during printing. However, cracks are deflected from decohesion around Zr-containing inclusions/precipitates embedded in the Al-matrix. This deflection is seen to improve the ductility of the material.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:B. Mehta, Tatiana MishurovaORCiD, Sergei Evsevleev, Henning MarkötterORCiD, Giovanni BrunoORCiD, E. Hryha, L. Nyborg, E. Virtanen
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Materials and Design
Jahr der Erstveröffentlichung:2023
Organisationseinheit der BAM:8 Zerstörungsfreie Prüfung
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.5 Röntgenbildgebung
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Elsevier Science
Verlagsort:Amsterdam [u.a.]
Jahrgang/Band:226
Aufsatznummer:111602
Erste Seite:1
Letzte Seite:14
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Additive manufacturing; Crack propagation; Powder bed fusion Laser beam; Strengthening mechanisms; X-ray computed tomography; Zirconium
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Additive Fertigung
DOI:10.1016/j.matdes.2023.111602
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-568243
ISSN:0264-1275
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:17.01.2023
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:31.05.2023
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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