Al-Cu-Ce(-Zr) alloys with an exceptional combination of additive processability and mechanical properties

材料科学 金属间化合物 共晶体系 合金 微观结构 降水 冶金 沉淀硬化 复合材料 物理 气象学
作者
Sumit Bahl,Kevin Sisco,Ying Yang,Felix Theska,Sophie Primig,Lawrence F. Allard,Richard A. Michi,Chris M. Fancher,Benjamin Stump,Ryan Dehoff,Amit Shyam,Alex Plotkowski
出处
期刊:Additive manufacturing [Elsevier BV]
卷期号:48: 102404-102404 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.addma.2021.102404
摘要

High-temperature Al-9Cu-6Ce and Al-9Cu-6Ce-1Zr (wt%) alloys were designed for fabrication with laser powder bed fusion additive manufacturing (AM). An ultra-fine eutectic structure comprising FCC-Al and particles of a previously unidentified Al8Cu3Ce intermetallic phase was obtained with an inter-particle spacing of approximately 280 nm. The inherent hot-tearing resistance of the eutectic alloys resulted in > 99.5% relative density. A thermodynamic model suggested improved hot-tearing resistance of the present alloys relative to the benchmark AM AlSi10Mg alloy. The Al-Cu-Ce alloy exhibited superior thermal stability with approximately 75% of the as-fabricated hardness retained after 200 h exposure at 400 °C, owed to the coarsening resistance of the intermetallic particles. The Al-Cu-Ce-Zr alloy age-hardened through precipitation of nanoscale Al3Zr precipitates. The aged microstructure was stable at 350 °C with a 13% higher hardness after 200 h exposure compared to the as-fabricated condition. The combined influence of ultra-fine spacing and coarsening resistance of the intermetallic particles resulted in the higher yield strength of the Al-Cu-Ce and Al-Cu-Ce-Zr alloys compared to AM AlSi10Mg and Scalmalloy at temperatures greater than 200 °C. This work essentially demonstrates that thermally stable Al alloys with exceptional mechanical properties can be produced by additive manufacturing.
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