Tailoring the composition of the AA2017 to reduce its hot cracking susceptibility during LPBF

dc.contributor.advisor-co1Gil Coury, Francisco
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8609825406277730por
dc.contributor.advisor1Gargarella, Piter
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4641435644243916por
dc.contributor.authorRojas Arias, Nicolas
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/1250421395653549por
dc.date.accessioned2024-09-11T13:23:26Z
dc.date.available2024-09-11T13:23:26Z
dc.date.issued2024-09-06
dc.description.abstractLaser Powder Bed Fusion (LPBF) holds significant importance and research interest because of its capability to fabricate metallic components with intricate geometries that are challenging to replicate using traditional manufacturing methods. However, only a limited number of alloys are commercially viable for LPBF due to the processing conditions and characteristics of the alloys. This issue is particularly critical for alloys with wide solidification ranges such as wrought aluminum alloys, which may exhibit poor LPBF processability. For instance, previous experiments with the AA2017 alloy revealed its unsuitability for LPBF due to susceptibility to hot cracking. This study aimed to alter this alloy composition by incorporating additional elements that reduce the solidification range, facilitate grain refinement, and prevent crack formation during LPBF. The impact of different alloy element additions on the solidification range and phase formation was assessed via thermodynamic calculations. Compositions based on AA2017 were designed using the CALPHAD method and subsequently produced via gas atomization. The Design of Experiments methodology guided the selection of appropriate processing parameters to achieve crack-free parts with optimal structural integrity. Various characterization techniques were employed to examine the microstructural and mechanical properties. A new composition based on AA2017 was produced, enabling the construction of high-density, crack-free LPBF parts. X-ray diffraction analysis and microscopy techniques revealed that the improved processability of the new composition is attributed to its shorter solidification interval and a more fraction of liquid in the final stage of solidification with the presence of eutectic Al+Al3CeCu regions, which not only help to prevent crack formation but also enhanced the material's mechanical strength, as confirmed by the mechanical tests.eng
dc.description.resumoA Fusão a Laser em Leito de Pó (LPBF) tem uma importância significativa e desperta interesse de pesquisa devido à sua capacidade de fabricar componentes metálicos com geometrias complexas que são desafiadoras de replicar usando métodos de fabricação tradicionais. No entanto, apenas um número limitado de ligas é comercialmente viável para LPBF devido às condições de processamento e características das ligas. Esse problema é particularmente crítico para ligas com amplas faixas de solidificação, como as ligas de alumínio forjado, que podem apresentar uma baixa processabilidade no LPBF. Por exemplo, experimentos anteriores com a liga AA2017 revelaram sua inadequação para LPBF devido à susceptibilidade à fissuração a quente. Este estudo teve como objetivo alterar a composição desta liga incorporando elementos adicionais que reduzem a faixa de solidificação, facilitam o refinamento de grãos e previnem a formação de fissuras durante o LPBF. O impacto de diferentes adições de elementos de liga na faixa de solidificação e na formação de fases foi avaliado por meio de cálculos termodinâmicos. Composições baseadas em AA2017 foram projetadas usando o método CALPHAD e subsequentemente produzidas por atomização de gás. A metodologia de Design de Experimentos guiou a seleção de parâmetros de processamento adequados para alcançar peças livres de fissuras com integridade estrutural ótima. Várias técnicas de caracterização foram empregadas para examinar as propriedades microestruturais e mecânicas. Uma nova composição baseada em AA2017 foi produzida, possibilitando a construção de peças LPBF de alta densidade e livres de fissuras. Análises de difração de raios X e técnicas de microscopia revelaram que a melhor processabilidade da nova composição é atribuída ao seu intervalo de solidificação mais curto e fração de líquido maior na etapa final de solidificação com a presença de regiões eutéticas Al+Al3CeCu, que não apenas ajudam a prevenir a formação de fissuras, mas também melhoram a resistência mecânica do material, conforme confirmado pelos testes mecânicos.por
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)por
dc.description.sponsorshipId2022/00896-3, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)por
dc.description.sponsorshipId2020/01426-5, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)por
dc.identifier.citationROJAS ARIAS, Nicolas. Tailoring the composition of the AA2017 to reduce its hot cracking susceptibility during LPBF. 2024. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20516.por
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20516
dc.language.isoengpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.publisher.addressCampus São Carlospor
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMpor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectFusão a laser em leito de pópor
dc.subjectAA2017por
dc.subjectSuscetibilidade ao trincamento a quentepor
dc.subjectRegiões eutéticaspor
dc.subjectLaser powder bed fusioneng
dc.subjectHot cracking susceptibilityeng
dc.subjectAdditive manufacturingeng
dc.subjectWrought aluminum alloyseng
dc.subjectComposition designeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICApor
dc.titleTailoring the composition of the AA2017 to reduce its hot cracking susceptibility during LPBFeng
dc.title.alternativeAdaptação da composição do AA2017 para reduzir sua suscetibilidade a trincas a quente durante a LPBFpor
dc.typeTesepor

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