Effect of heat treatment routes on microstructure and residual stresses on AlSi7Mg alloy produced by LPBF

Laser Powder Bed Fusion (LPBF) has emerged as a transformative additive manufacturing technology in the field of materials engineering and nanotechnology, This study investigates the influence of heat treatment routes on the microstructure and residual stresses of LPBF-fabricated AlSi7Mg, employing synchrotron diffraction for bulk residual stress measurement. The objective is to understand how different heat treatment routes affect phase evolution and residual stresses. The study introduces a novel application of synchrotron diffraction, providing detailed, non-destructive stress analysis throughout the entire volume of components. Synchrotron diffraction is demonstrated as an effective tool for mapping residual stresses and revealing the impact of heat treatment routes, including direct aging and solution treatment followed by artificial aging. Direct aging proves effective in relieving stress, especially at 300°C temperature. Microstructural analysis uncovers the as-built state of the alloy and changes induced by artificial aging. LPBF results in an extended solid solution of Si in Al, partially reduced during direct aging. While artificial aging enhances strength, the coarsening induced by the solution treatment leads to decreased material hardness. The study concludes that direct aging and solution treatment followed by artificial aging effectively alleviate macro-stress, with the latter process further decreasing stress levels. Insights from this study contribute to additive manufacturing, materials engineering, and nanotechnology. Synchrotron diffraction for bulk residual stress measurement lays a foundation for future research, with implications for optimizing advanced manufacturing techniques and materials in diverse engineering applications.

La Fusione in Polvere con Lettura Laser (LPBF) si è affermata come una tecnologia rivoluzionaria nell'ambito dell'ingegneria dei materiali e della nanotecnologia nell'ambito della manifattura additiva. Questo studio indaga l'influenza delle vie di trattamento termico sulla microstruttura e sulle tensioni residue dell'AlSi7Mg fabbricato con LPBF, impiegando la diffrazione di sincrotrone per la misurazione delle tensioni residue a livello bulk. L'obiettivo è comprendere come diverse vie di trattamento termico influenzino l'evoluzione delle fasi e le tensioni residue. Lo studio introduce una nuova applicazione della diffrazione di sincrotrone, fornendo un'analisi dettagliata e non distruttiva delle tensioni in tutto il volume dei componenti. La diffrazione di sincrotrone è dimostrata come uno strumento efficace per mappare le tensioni residue e rivelare l'impatto delle vie di trattamento termico, compresa l'ossidazione diretta e il trattamento di soluzione seguito da un invecchiamento artificiale. L'ossidazione diretta si dimostra efficace nel alleviare lo stress, specialmente a una temperatura di 300°C. L'analisi microstrutturale rivela lo stato di costruzione della lega e i cambiamenti indotti dall'invecchiamento artificiale. LPBF comporta una soluzione solida estesa di Si in Al, parzialmente ridotta durante l'ossidazione diretta. Mentre l'invecchiamento artificiale migliora la resistenza, l'ingrossamento indotto dal trattamento di soluzione porta a una diminuzione della durezza del materiale. Lo studio conclude che l'ossidazione diretta e il trattamento di soluzione seguito da invecchiamento artificiale alleviano efficacemente le macro-tensioni, con quest'ultimo processo che riduce ulteriormente i livelli di stress. Le intuizioni da questo studio contribuiscono alla manifattura additiva, all'ingegneria dei materiali e alla nanotecnologia. La diffrazione di sincrotrone per la misurazione bulk delle tensioni residue getta le basi per future ricerche, con implicazioni per l'ottimizzazione delle tecniche avanzate di produzione e dei materiali in diverse applicazioni ingegneristiche.