Microstructure and strengthening of Al-6Ce-3Ni-0.7Fe (wt%) alloy manufactured by laser powder-bed fusion

材料科学 微观结构 合金 融合 冶金 惯性约束聚变 激光器 光学 语言学 物理 哲学
作者
Tiffany Wu,Jonathan D. Poplawsky,Lawrence F. Allard,Alex Plotkowski,Amit Shyam,David C. Dunand
出处
期刊:Additive manufacturing [Elsevier]
卷期号:78: 103858-103858 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.addma.2023.103858
摘要

An Al-6Ce-3Ni-0.7Fe (wt.%) alloy was fabricated via laser powder-bed fusion and its microstructure, thermal stability, tensile properties, and creep properties are investigated for two rapid-solidification rates with different eutectic spacings. For both faster- and slower-cooled states, the as-fabricated alloy mostly shows elongated grains with very fine eutectic networks (~40 nm lamellar width) comprising a high-volume fraction (~18%) of intermetallic phases. Faster-cooled samples, however, display a less continuous eutectic network with finer spacing (~100 nm), leading to higher Orowan strengthening and therefore superior microhardness and yield stress up to ~350 °C. Upon aging (300 – 450 °C), micron-size Al9(Ni,Fe)2 needle-like precipitates form within grains, and the Al11Ce3 eutectic network spheroidizes, while retaining a submicron width and spacing, resulting in 33-37% drop in microhardness after 144 h aging at 400 °C. Limited tensile ductility (~6%) and creep ductility (~1-2%) are measured for both faster- and slower-cooled alloys due to an inhomogeneous microstructure, where cavitation preferentially initiates at melt-pool boundaries, precipitate-free zones, and/or denuded zones (exclusive for creep), eventually leading to local fracture. Denuded zones, induced by stress, form due to diffusional flow with stress-dependent orientations, and are identified as microstructurally weak regions leading to strain localization. The present alloy does not show a significant difference in 300 °C creep resistance between: (i) tensile and compressive loading, (ii) faster- and slower-cooled samples, and (iii) continuous and spheroidized eutectics. Creep resistance at 300 °C is comparable to that of a Ce-richer Al-10.5Ce-3.1Ni-1.2Mn (wt.%) alloy, despite the formation of denuded zones and needle-like Al9(Ni,Fe)2 precipitates.
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