کنترل ریزساختار و ترک‌های انجمادی در فرایند ساخت افزایشی ذوب لیزری بستر پودر آلیاژهای آلومینیوم استحکام‌ بالا

فنّاوری های ساخت افزایشی فلزات به عنوان یکی از ارکان مهم انقلاب صنعتی چهارم، رویکردی تحول آفرین در ساخت دیجیتال ارائه می کنند. ذوب لیزری بستر پودر به عنوان یکی از این فناوری ها، توانایی شگرفی در تولید قطعات با هندسه های پیچیده و با عملکرد بالا دارد. در سال های اخیر، ساخت قطعات آلیاژهای آلومینیوم با استفاده از این فناوری بسیار مورد توجه بوده، لیکن تحقق آن با چالش هایی همراه است. ترک انجمادی به عنوان یکی از جدی ترین دلایل ناکامی ساخت افزایشی لیزری آلیاژهای آلومینیوم به ویژه انواع استحکام بالا شناخته می شود. در پژوهش حاضر، سازوکار تشکیل ترک های انجمادی، دلایل تشکیل و عوامل موثر بر آن ها مورد بررسی قرار گرفته و از میان راه حل های ارائه شده، واپایش ریزساختار انجمادی و ریزدانه کردن، موثرترین روش برای حذف ترک های انجمادی آلیاژهای آلومینیوم استحکام بالا در فرایند ذوب لیزری بستر پودر مطرح می شود. در همین راستا، یکی از راهکارهای ریزدانه سازی و متعاقباً کاهش ترک های انجمادی، افزودن مقدار ناچیز (کمتر از %1 وزنی) از ذرات جوانه زا به پودر آلیاژی اولیه است. این ذرات با محدودکردن رشد دانه یا مهاجرت مرزدانه و همراه شدن عواملی که به تحت تبرید ترکیبی کمک می کنند، می توانند در کاهش ترک های انجمادی موثر باشند. در نهایت، تاثیر افزودنی های مختلف در ریزدانه سازی و سازوکار آن ها در کاهش ترک های انجمادی آلیاژهای آلومینیوم استحکام بالا حین فرایند ذوب لیزری بستر پودر ارائه می شود.

control of microstructure and solidification cracks in laser powder bed fusion additive manufacturing of high-strength aluminum alloys

as one of the important pillars of the fourth industrial revolution, metal additive manufacturing (am) technologies provide a disruptive approach to digital manufacturing. laser powder bed fusion (lpbf), as one of these technologies, has great potential in producing geometrically complex and high-performance parts. in recent years, the manufacturing of aluminum alloy parts using this technology has attracted much attention. however, their manufacturing still faces some challenging issues. one of the most serious issues encountered in the manufacturing of aluminum alloys, especially high-strength grades, is solidification cracking. in the present investigation, the formation mechanisms of solidification cracking, and the associated effective factors were reviewed. controlling the solidification microstructure and grain refinement, using the addition of small quantities (<1 wt.%) of micro- or nano-sized particles to the initial alloying powder, was suggested as the most effective method for reducing solidification cracking. these particles act as nucleation sites, prevent grain growth, pin grain boundaries, and with the help of factors that provide constitutional supercooling can effectively minimize solidification cracking. eventually, effects of various additives in grain refinement and their associated mechanism in reduction of solidification cracks of high-strength aluminum alloys by lpbf is presented.