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Ultrafine eutectic Ti-Fe-based alloys processed by additive manufacturing - A new candidate for high temperature applications

Gussone, Joachim und Bugelnig, Katrin und Barriobero-Vila, Pere und da Silva, Julio Cesar und Hecht, Ulrike und Dresbach, Christian und Sket, Federico und Cloetens, Peter und Stark, Andreas und Schell, Norbert und Haubrich, Jan und Requena, Guillermo (2020) Ultrafine eutectic Ti-Fe-based alloys processed by additive manufacturing - A new candidate for high temperature applications. Applied Materials Today, 20, Seite 100767. Elsevier. doi: 10.1016/j.apmt.2020.100767. ISSN 2352-9407.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
6MB

Offizielle URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.apmt.2020.100767

Kurzfassung

The development of metals tailored to the metallurgical conditions of laser-based additive manufacturing is crucial to advance the maturity of these materials for their use in structural applications. While efforts in this regard are being carried out around the globe, the use of high strength eutectic alloys have, so far, received minor attention, although previous works showed that rapid solidification techniques can result in ultrafine microstructures with excellent mechanical performance, albeit for small sample sizes. In the present work, a eutectic Ti-32.5Fe alloy has been produced by laser powder bed fusion aiming at exploiting rapid solidification and the capability to produce bulk ultrafine microstructures provided by this processing technique. Process energy densities between 160 J/mm³ and 180 J/mm³ resulted in a dense and crack-free material with an oxygen content of ~ 0.45 wt.% in which a hierarchical microstructure is formed by µm-sized η-Ti4Fe2Ox dendrites embedded in an ultrafine eutectic β-Ti/TiFe matrix. The microstructure was studied three-dimensionally using near-field synchrotron ptychographic X-ray computed tomography with an actual spatial resolution down to 39 nm to analyse the morphology of the eutectic and dendritic structures as well as to quantify their mass density, size and distribution. Inter-lamellar spacings down to ~ 30–50 nm were achieved, revealing the potential of laser-based additive manufacturing to generate microstructures smaller than those obtained by classical rapid solidification techniques for bulk materials. The alloy was deformed at 600 °C under compressive loading up to a strain of ~ 30% without damage formation, resulting in a compressive yield stress of ~ 800 MPa. This study provides a first demonstration of the feasibility to produce eutectic Ti-Fe alloys with ultrafine microstructures by laser powder bed fusion that are suitable for structural applications at elevated temperature

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/137210/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Ultrafine eutectic Ti-Fe-based alloys processed by additive manufacturing - A new candidate for high temperature applications
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Gussone, JoachimJoachim.Gussone (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bugelnig, KatrinKatrin.Bugelnig (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Barriobero-Vila, Perepere.barrioberovila (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
da Silva, Julio CesarInstitut Néel CNRSNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hecht, UlrikeACCESS eV, AachenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dresbach, ChristianHochschule Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sket, FedericoIMDEA Materials InstituteNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cloetens, PeterESRF GrenobleNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stark, AndreasHZG, GeesthachtNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schell, NorbertHZG, GeesthachtNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Haubrich, JanJan.Haubrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5748-2755NICHT SPEZIFIZIERT
Requena, GuillermoGuillermo.Requena (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:August 2020
Erschienen in:Applied Materials Today
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:20
DOI:10.1016/j.apmt.2020.100767
Seitenbereich:Seite 100767
Verlag:Elsevier
ISSN:2352-9407
Status:veröffentlicht
Stichwörter:High temperature laser powder bed fusion; Eutectic Ti-Fe alloys; Near-field synchrotron ptychographic X-ray computed tomography; Ultrafine microstructures; High temperature deformation
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Antriebssysteme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L ER - Engine Research
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Verdichtertechnologien (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Metallische Strukturen und hybride Werkstoffsysteme
Hinterlegt von: Gussone, Joachim
Hinterlegt am:16 Nov 2020 15:28
Letzte Änderung:23 Okt 2023 13:16

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