Heat treatments for Ti-6242S produced via LPBF for mechanical applications

The present research concerns the particularly interesting combination of material and production technique represented by the association of laser powder bed fusion and titanium alloys. The material is advantageously processed with this technique compared to traditional forming industrial procedures which demand ad-hoc equipment, high energy consumption, and expensive machining. Inspired by the promising results achieved by researchers in the last two years on the powder additive manufacture of Ti-6242 and Ti-6242S alloys, this work aims to investigate the effect of different heat-treatments to develop a post-process treatment schedule specifically tailored for this alloy in its as-built state. Postproduction heat-treatments are important not only to stabilize the initial microstructure but also to obtain a suitable morphology in order for the components to sustain mechanical load during service life. To do this, different annealing treatments are imparted on the as-printed material received at the Mechanics Department of Politecnico di Milano in Bovisa and produced by Beam-IT s.p.a. at Fornovo di Taro. The effects of these anneals are observed with both light and electron microscopy imaging techniques, in parallel, ageing experiments at 550, 600 and 650 °C are carried to monitor both the evolution of the different resulting microstructures and the oxygen contamination behaviour over time. The Ti-6242S alloy manufactured via LPBF 3D printing showed results that are comparable in terms of oxygen susceptibility to wrought counterparts under static conditions. Moreover, interesting microstructures were achieved as result of cyclic annealing heat-treatments by oscillating the temperature in particular ranges of temperatures, especially tuning the upper limit temperature toward sub-critical β-transition range, successfully triggering the partial globularization of α-lamellae which could lead to α-equiaxed morphology without the need of mechanical processing.

La presente ricerca riguarda una combinazione particolarmente interessante di materiale e tecnica di produzione rappresentata dall'associazione di fusione laser a letto di polvere e lega di titanio. Il materiale viene processato vantaggiosamente con questa tecnica rispetto alle tradizionali procedure industriali di formatura che richiedono attrezzature ad-hoc, elevato consumo energetico e lavorazioni costose. Ispirati dai risultati promettenti raggiunti dai ricercatori negli ultimi due anni sulla produzione additiva di ​​polvere di leghe Ti-6242 e Ti-6242S, questo lavoro mira a studiare l'effetto di diversi trattamenti termici per sviluppare una prassi di trattamento post-produzione specificamente personalizzato per questa lega nel suo stato come costruito tramite LPBF. I trattamenti termici post formazione sono importanti non solo per stabilizzare la microstruttura iniziale, ma anche per ottenere una morfologia adeguata affinché i componenti sostengano le sollecitazioni meccaniche durante il servizio. Per fare ciò, diversi trattamenti di ricottura sono impartiti al materiale come stampato, ricevuto presso il Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano in Bovisa e prodotto da Beam-IT s.p.a. di Fornovo di Taro. Gli effetti di queste ricotture vengono osservati con tecniche di imaging di microscopia ottica ed elettronica, in parallelo, vengono condotti esperimenti di invecchiamento a 550, 600 e 650 ° C per monitorare sia l'evoluzione delle diverse microstrutture risultanti sia il comportamento della contaminazione da ossigeno nel tempo. La lega Ti-6242S prodotta tramite la stampa 3D LPBF ha mostrato risultati paragonabili in termini di suscettibilità all'ossigeno in condizioni statiche rispetto alle controparti lavorate meccanicamente. Inoltre, sono state ottenute microstrutture interessanti come risultato di trattamenti termici ciclici facendo oscillare la temperatura entro particolari intervalli, in particolare regolando la temperatura massima verso verso la temperatura transizione-β subcritica, innescando con successo la parziale globularizzazione delle α-lamelle che potrebbe portare a una morfologia α-equiassiale senza la necessità di lavorazioni meccaniche.