مواد و فناوری‌های پیشرفته

مواد و فناوری‌های پیشرفته

اثر افزودن سیلیسیم بر ریزساختار و سختی آلیاژ Ti-6Al-4V تولیدشده به روش ذوب گزینشی با لیزر

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان
امیر حسین غلامی 1
سیدفرشید کاشانی بزرگ 2
محمد رضا براتی 3
1 کارشناس ارشد مهندسی مواد، دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، دانشکدگان فنی دانشگاه تهران، تهران، ایران
2 استاد، دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، دانشکدگان فنی دانشگاه تهران، تهران، ایران
3 استادیار، پژوهشکده مواد پیشرفته و فناوری‌های نوین، سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران، تهران، ایران
10.30501/jamt.2026.541757.1336
چکیده
امروزه فناوری‌های ساخت افزایشی آلیاژهای تیتانیوم در کاربردهای مختلف صنعتی مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، آلیاژی بر‌پایة Ti6Al4V، با افزودن یک درصد وزنی سیلیسیم و به روش ذوب گزینشی با لیزر ساخته شد و سپس ریزساختار و سختی آن مورد بررسی قرار گرفت. ریزساختار نمونه‌های تولیدشده به روش ذوب گزینشی با لیزر شامل حوضچه‌های انجمادی با شکل فلس‌ماهی‌ بود که درون آن‌ها، دانه‌های هم‌بافت ستونی در خلاف جهت انتقال حرارت، یعنی در راستای ساخت قطعه، رشد کردند. نتایج نشان داد که افزودن یک درصد سیلیسیم به آلیاژ Ti6Al4V منجر به ریزدانگی و کاهش عرض دانه‌های ستونی β اولیه می‌شود؛ به‌طوری‌که عرض دانه‌های ستونی از حدود 70 به 40 میکرومتر کاهش یافت. این ریزدانگی به جهت افزوده شدن سیلیسیم به آلیاژ Ti6Al4V، باعث افزایش میانگین ریزسختی نمونه نیز شد؛ به‌طوری‌که مقدار سختی در صفحه در جهت ساخت نمونه‌ها از حدود 417 به 481 ویکرز رسید.
کلیدواژه‌ها
ذوب گزینشی با لیزر
آلیاژ Ti6Al4V
سیلیسیم
ریزساختار
ریزسختی
موضوعات

عنوان مقاله English

Effect of Silicon Addition on the Microstructure and Hardness of Ti-6Al-4V Alloy Fabricated by Selective Laser Melting

نویسندگان English

Amir Hossein Gholami 1
Sayed Farshid Kashani-Bozorg 2
Mohammad Reza Barati 3
1 MSc Student, School of Metallurgy and Materials Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.
2 Professor, School of Metallurgy and Materials Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Advanced Materials and New Technologies, Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST), Tehran, Iran.
چکیده English

The application of additive manufacturing technologies for titanium alloys is expanding in both research and industrial sectors. In this study, selective laser melting was employed to fabricate and investigate the effects of adding 1 wt.% silicon to the Ti-6Al-4V alloy. The microstructure of the fabricated selective laser melting samples consisted of fish-type melted regions normal to the build direction. Columnar β-Ti grains grew in the opposite direction of heat flow, namely along the build direction. The results indicated that the addition of 1 wt.% silicon led to grain refinement and a reduction in the width of the primary columnar β-Ti grains from approximately 70 to approximately 40 µm. This grain refinement, resulting from the presence of silicon, also contributed to an increase in the average microhardness of the alloy, such that the microhardness value increased from approximately 417 to approximately 481 HV in the build direction plane.

کلیدواژه‌ها English

Selective Laser Melting
Ti6Al4V Alloy
Silicon
Microstructure
Microhardness
1.        Kaki Sahneh, K., Ostad Shabani, M. & Razavi, M. (2024). Simulation of Residual Stress in Additive Manufacturing Process Using Finite Element Analysis. https://www.sid.ir/paper/1514367/en
2.        Khorasani, A., Gibson, I., Awan, U. S., & Ghaderi, A. (2019). The effect of SLM process parameters on density, hardness, tensile strength and surface quality of Ti-6Al-4V. Additive Manufacturing, 25, 176-186. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.09.002  
 
3.        Leuders, S., Thöne, M., Riemer, A., Niendorf, T., Tröster, T., Richard, H. a., & Maier, H. (2013). On the mechanical behaviour of titanium alloy TiAl6V4 manufactured by selective laser melting: Fatigue resistance and crack growth performance. International journal of fatigue, 48, 300-307. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2012.11.011
4.        Meng, X., Min, J., Sun, Z., Zhang, W., Chang, H., & Han, Y. (2021). Columnar to equiaxed grain transition of laser deposited Ti6Al4V using nano-sized B4C particles. Composites Part B: Engineering, 212, 108667. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.108667
5.        Mereddy, S., Bermingham, M. J., StJohn, D. H., & Dargusch, M. S. (2017). Grain refinement of wire arc additively manufactured titanium by the addition of silicon. Journal of Alloys and Compounds, 695, 2097-2103. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.11.049
6.        Mukherjee, T., Elmer, J. W., Wei, H. L., Lienert, T. J., Zhang, W., Kou, S., & DebRoy, T. (2023). Control of grain structure, phases, and defects in additive manufacturing of high-performance metallic components. Progress in Materials Science, 138, 101153. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101153
7.        Pede, D., Li, M., Virovac, L., Poleske, T., Balle, F., Müller, C., & Mozaffari-Jovein, H. (2022). Microstructure and corrosion resistance of novel β-type titanium alloys manufactured by selective laser melting. Journal of Materials Research and Technology, 19, 4598-4612. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.07.021
8.        Riazi, A., Razavi, S. H., Khavandi, A., Amirjan, M., Ostad Shabani, M., & Davarzani, H. (2025). Investigation of the Effect of Scan Speed and Laser Power on the Microstructure and Hardness Distribution of IN625 Deposited on a Gas Turbine Blade Using the LPBF Process. Journal of Advanced Materials and Technologies, 14(1), 43-61. [In Persian]. https://doi.org/10.30501/jamt.2025.515817.1325
9.        Sagar, P. K., Nandy, T. K., Gogia, A. K., Muraleedharan, K., & Banerjee, D. (1995). Effect of silicon on the elevated temperature properties of a Ti3Al base alloy. Materials Science and Engineering: A, 192, 799-804. https://doi.org/10.1016/0921-5093(94)03317-X
10.     Simonelli, M., Tse, Y. Y., & Tuck, C. (2014a). Effect of the build orientation on the mechanical properties and fracture modes of SLM Ti–6Al–4V. Materials Science and Engineering: A, 616, 1-11. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.07.086
11.     Simonelli, M., Tse, Y. Y., & Tuck, C. (2014b). On the Texture Formation of Selective Laser Melted Ti-6Al-4V. Metallurgical and Materials Transactions A, 45(6), 2863-2872. https://doi.org/10.1007/s11661-014-2218-0
12.     Sutton, A. T., Kriewall, C. S., Leu, M. C., & Newkirk, J. W. (2017). Powder characterisation techniques and effects of powder characteristics on part properties in powder-bed fusion processes. Virtual and physical prototyping, 12(1), 3-29. https://doi.org/10.1080/17452759.2016.1250605
13.     Tucho, W. M., Lysne, V. H., Austbø, H., Sjolyst-Kverneland, A., & Hansen, V. (2018). Investigation of effects of process parameters on microstructure and hardness of SLM manufactured SS316L. Journal of Alloys and Compounds, 740, 910-925. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.01.098
14.     Vrancken, B., Thijs, L., Kruth, J. P., & Van Humbeeck, J. (2014). Microstructure and mechanical properties of a novel β titanium metallic composite by selective laser melting. Acta Materialia, 68, 150-158.  https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.01.018
15.     Yoon, J. W., Kim, E., Jeong, H. W., Hyun, Y. T., Kim, S. E., & Lee, Y. T. (2004). Effect of Si Content on the Creep Properties of Ti-6Al-4Fe-xSi Alloys. Key Engineering Materials, 261, 1141-1146. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.261-263.1141
16.     Zhang, H., Gu, D., Yang, J., Dai, D., Zhao, T., Hong, C., … & Poprawe, R. (2018). Selective laser melting of rare earth element Sc modified aluminum alloy: Thermodynamics of precipitation behavior and its influence on mechanical properties. Additive Manufacturing, 23, 1-12. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.07.002
17.     Zhao, J., Liu, H., Zhou, Y., Chen, Y., & Gong, J. (2022). Effect of relative density on the compressive properties of Ti6Al4V diamond lattice structures with shells. Mechanics of Advanced Materials and Structures, 29(22), 3301-3315. https://doi.org/10.1080/15376494.2021.1893418
18.     Zhu, H., Wang, Z., Muránsky, O., Davis, J., Yu, S., Kent, D., … & Dargusch, M. S. (2021). The characterisation and formation of novel microstructural features in a Ti−Nb−Zr−Mo−Sn alloy manufactured by Laser Engineered Net Shaping (LENS). Additive Manufacturing, 37, 101705. https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101705
مواد و فناوری‌های پیشرفته
دوره 14، شماره 4
زمستان 1404

  • تاریخ دریافت 30 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 03 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 01 دی 1404