Effects of thermal treatments on the microstructure of Ti6Al4V alloy manufactured by EBM

The purpose of this work is to investigate the microstructure of Ti6Al4V samples manufactured by Electron Beam Melting (EBM), considering the influence of different thermal treatments. The microstructural characterisation was done to cylindrical and rectangular specimens, with the build orientation of 90° (vertical). The samples’s batches were distingueshed by the heat treatment performed: as built (AB), HIP (hot isostatic pressing), β-annealed, Duplex-annealed and Near-duplex-annealed. Micrographs from each specimen were analysed with MIPar and ImageJ software, in order to obtain a detailed description of the microstructure and detect the smallest features. As expected, the resulted microstructures were in accordance with what was found in literature: AB specimens presented a Widmanstatten microstructure, HIPped ones show coarser lamellae with respect to AB, β-annealed samples showed the characteristic lamellar microstructure, Duplex-annealed batch has the so called bimodal microstructure and so the Near-duplex-annealed ones, with a strong difference between the core and the surface of the sample. Afterward, for a deeper analysis and investigations on a graded microstructure, a simulation of the EBM process has been performed with ANSYS. An XRD analysis has been fullfilled to look for a dependence of Aluminium content on β transus of the alloy. Finally, each sample was tested to get comparison between microstructure and microhardness.

L’obiettivo di questa Tesi è quello di studiare la microstruttura di provini in Ti6Al4V prodotti da Electron Beam Melting (EBM), considerando l’influenza di diversi trattamenti termici. La caratterizzazione microstrutturale è stata fatta su provini cilindrici e rettangolari, costruiti con orientazione verticale di 90°. I provini sono stati raggruppati e distinti secondo il trattamento termico a cui sono stati sottoposti: as built (AB), HIP (Hot Isostatic Pressing), β-annealed, Duplex-annealed e Near-duplex-annealed. Le micrografie di ogni campione sono state analizzate con i software MIPar e ImageJ, in modo da ottenere una descrizione della microstruttura dettagliata ed evidenziarne ogni caratteristica. Ciò che è stato osservato, in accordo con gli studi in letteratura, è quanto segue: i provini AB presentano una microstruttura di tipo Widmanstatten, quelli trattati con HIP mostrano un inspessimento delle lamelle, i campioni β-annealed hanno la caratteristica struttura lamellare mentre i Duplex-annealed si distinguono dalla microstruttura bimodale. Anche il gruppo di provini Near-duplex-annealed è caratterizzato dalla microstruttura bimodale, ma con una forte differenza tra il cuore del campione e la superficie. Successivamente, per un’analisi più approfondita sullo sviluppo della microstruttura, è stata eseguita una simulazione del processo EBM con il software ANSYS. È stata inoltre eseguita un’analisi XRD per indagare sulla dipendenza del contenuto di Alluminio sulla temperatura di β transus. In conlusione, ogni campione è stato testato per compararne la microstruttura con i valori di microdurezza.