Microstructural and mechanical characterization of shape memory alloys produced by laser powder bed fusion

This thesis work is aimed to investigate the functional properties of shape memory alloys processed by Laser Powder Bed Fusion, an additive manufacturing technique. The study focused on two materials: NiTi and FeMnAlNi, a recently introduced iron-based shape memory alloy. The work on NiTi and FeMnAlNi is part of a research collaboration of the Department of Mechanical Engineering of Politecnico di Milano with SAES Getters and the American University of Sharjah (United Arab Emirates). The pseudoelastic behaviour exhibited by these materials has been studied in tension and compression by the aid of axial mechanical tests. The acquired data have been analyzed with an innovative technique called Digital Image Correlation. This technique is able to precisely measure the displacements on the surface of the investigated sample, allowing to monitor the occurring of martensitic transformation while testing the material. Moreover, microstructural analyses have been performed by means of EBSD and XRD investigations in order to assess the grain structure and to identify the different phases. Laser Powder Bed Fusion was found to be a technique able to manufacture samples which exhibited excellent pseudoelastic behaviour upon tensile and compressive loading.

Il presente lavoro di tesi ha lo scopo di studiare le proprietà funzionali di leghe a memoria di forma prodotte tramite Laser Powder Bed Fusion, una tecnica di produzione additiva. Lo studio è stato svolto su due materiali: NiTi e FeMnAlNi, una lega a memoria di forma a base di ferro di recente introduzione. Il lavoro su NiTi e FeMnAlNi fa parte di una collaborazione di ricerca del Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano con SAES Getters e l'American University of Sharjah (Emirati Arabi Uniti). Il comportamento pseudoelastico esibiti dai due materiali è stato studiato in trazione e compressione per mezzo di prove meccaniche assiali. I dati acquisiti sono stati analizzati con una tecnica innovativa chia-mata Digital Image Correlation. Questa tecnica è in grado di misurare con precisione gli spostamenti sulla superficie di un campione, consentendo di monitorare l'evoluzione della trasformazione martensitica durante il test del materiale. Inoltre, sono state eseguite analisi microstrutturali mediante EBSD e XRD al fine di studiare la struttura dei grani e di identificare le diverse fasi presenti. Laser Powder Bed Fusion è risultata essere una tecnica in grado di produrre campioni che un eccellente comportamento pseudoelastico in trazione e compressione.