Effect of LPBF Process Parameters on Porosity Distribution and ¿/ß Phase Transformation in Near-ß Ti 5553 Alloy

Ti-5553 ist eine metastabile ß-Titanlegierung, die aufgrund ihrer hervorragenden Kombination aus hoher Festigkeit, geringer Dichte, guter Korrosionsbeständigkeit und vorteilhaftem Ermüdungsverhalten in der Luft- und Raumfahrt sowie in Hochleistungsanwendungen im Maschinenbau weit verbreitet ist. Ti-5553 eignet sich besonders gut für Flugzeugstrukturbauteile, Fahrwerkssysteme und hochbelastete Luft- und Raumfahrtteile, bei denen eine hohe spezifische Festigkeit und Gewichtsreduzierung entscheidende Anforderungen sind. Im Vergleich zu herkömmlichen Titanlegierungen bietet Ti-5553 eine überlegene Härtbarkeit, Festigkeit in tiefen Querschnitten und eine gute Bruchzähigkeit, wodurch es sich hervorragend für fortschrittliche Fertigungsverfahren wie die Laser-Pulverbettfusion (L-PBF) eignet. Darüber hinaus lässt sich seine Mikrostruktur durch Lösungsglühen und Alterungsprozesse maßschneidern, was eine präzise Steuerung der ¿-Ausscheidungen und der mechanischen Eigenschaften für anspruchsvolle technische Anwendungen ermöglicht. Diese Arbeit untersucht den Einfluss der Prozessparameter der Laser-Pulverbettfusion (L-PBF) und der Wärmebehandlung nach dem Prozess auf das Verdichtungsverhalten. die mikrostrukturelle Entwicklung, die Phasenumwandlung und das Härtungsverhalten der metastabilen ß-Titanlegierung Ti-5553. Es wurden verschiedene Kombinationen aus Laserleistung und Abtastgeschwindigkeit eingesetzt, um deren Auswirkungen auf die Stabilität des Schmelzmodus und die Porenbildung während der LPBF-Verarbeitung zu bewerten. Die mikrostrukturelle Charakterisierung erfolgte mittels Lichtmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie (REM) mit verschiedenen Detektoren wie SE und BSE, während die Dichtemessung nach zwei verschiedenen Methoden durchgeführt wurde: nach dem Archimedes-Prinzip und visuell (Lichtmikroskop). Um die ermittelte Mikrostruktur mit den mechanischen Eigenschaften der unbehandelten und wärmebehandelten Proben in Verbindung zu bringen, wurden Mikrohärtemessungen durchgeführt, und die nach dem Druck- und Wärmebehandlungsprozess entstehenden Phasen wurden durch XRD-Messungen bestätigt. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Prozessparameter einen großen Einfluss auf die Größe, Art und Verteilung von Defekten haben. Darüber hinaus zeigte die Dynamik des Schmelzbades je nach den verwendeten Prozessparametern unterschiedliche Verhaltensweisen, wie z. B. Konduktion, stabiles Keyhole-Schmelzen und instabiles Keyhole-Schmelzen sowie Übergänge zwischen diesen. Nach der Wärmebehandlung stiegen die Mikrohärtewerte von 300¿310 HV (im Ausgangszustand) auf den Bereich von 380¿440 HV an, was eine erfolgreiche Ausscheidung von primären und sekundären ¿-Partikeln bestätigte, die zu einer Verfestigung führte. Das Ergebnis der HT zeigte zudem, dass das Vorhandensein von Defekten eine Rolle bei den ausgefällten ¿-Partikeln spielen könnte. Zusammenfassend liefern die Ergebnisse dieser Arbeit wesentliche Informationen über den Zusammenhang zwischen den verwendeten Prozessparametern und dem Porositätsverhalten sowie der ¿-Phasenbildung.