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Microstructure formation during laser powder bed fusion of Ti-22Al-25Nb with low and high pre-heating temperatures

Gussone, Joachim und Rackel, Marcus Willi und Tumminello, Silvana und Barriobero-Vila, Pere und Kreps, Frederic und Kelm, Klemens und Stark, Andreas und Schell, Norbert und Pyczak, Florian und Haubrich, Jan und Requena, Guillermo (2023) Microstructure formation during laser powder bed fusion of Ti-22Al-25Nb with low and high pre-heating temperatures. Materials & Design, 232, Seite 112154. Elsevier. doi: 10.1016/j.matdes.2023.112154. ISSN 0264-1275.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
12MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112154

Kurzfassung

We compare microstructure formation during laser powder bed fusion (LPBF) of a Ti-22Al-25Nb alloy applying low and high pre-heating build plate temperatures. Fast cooling rates during low-temperature LPBF lead to metastable weakly ordered β phase, i.e., bcc–(Ti,Al,Nb) with pronounced 〈1 0 0〉 texture in build direction and nanosized segregations within grains elongated in the build direction. For high-temperature LPBF a Widmanstätten microstructure was observed with lenticular O phase precipitates within the β matrix. Microscopical and in situ high-energy synchrotron diffraction investigations demonstrate that the microstructure formation can be widely explained by the precipitation of O phase from supersaturated β rather than by a sequence of solid-state phase transformations, as it would be expected under thermodynamic equilibrium conditions. A detailed analysis of the microstructural gradient in the subsurface region, however, demonstrates that precipitation from metastable β cannot fully explain the observed microstructures, and that the process energy density, i.e., the intensity of the intrinsic heat treatment of LPBF, plays a relevant role. The investigation of the graded area near the surface of the LPBF materials produced with high pre-heating temperature is particularly interesting as it reveals preferred nucleation of the O phase at subgrain boundaries and dislocations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/196638/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Microstructure formation during laser powder bed fusion of Ti-22Al-25Nb with low and high pre-heating temperatures
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Gussone, JoachimJoachim.Gussone (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rackel, Marcus WilliHelmholtz-Zentrum HereonNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tumminello, SilvanaSilvana.Tumminello (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6065-141XNICHT SPEZIFIZIERT
Barriobero-Vila, PereTechnical University of CataloniaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kreps, FredericFrederic.Kreps (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kelm, KlemensKlemens.Kelm (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stark, AndreasHelmholtz-Zentrum HereonNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schell, NorbertHelmholtz-Zentrum HereonNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pyczak, FlorianHelmholtz-Zentrum HereonNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Haubrich, JanJan.Haubrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5748-2755NICHT SPEZIFIZIERT
Requena, GuillermoGuillermo.Requena (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Juli 2023
Erschienen in:Materials & Design
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:232
DOI:10.1016/j.matdes.2023.112154
Seitenbereich:Seite 112154
Verlag:Elsevier
ISSN:0264-1275
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Laser powder bed fusion Intermetallic phases Orthorhombic titanium alloys Microstructure formation Phase transformations
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Werkstoffe und Herstellverfahren
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Metallische Strukturen und hybride Werkstoffsysteme
Hinterlegt von: Gussone, Joachim
Hinterlegt am:21 Aug 2023 09:29
Letzte Änderung:21 Aug 2023 09:29

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