Microstructure Evolution and Mechanical Behavior of Laser Additively Manufactured Alloys with Heterogeneous Microstructures
Notice bibliographique
Résumé
Metals and alloys with heterogeneous microstructures exhibit an enhanced combination of strength and ductility, compared to their counterparts with homogeneous microstructures. Additive manufacturing (AM) techniques offer a new opportunity to induce heterogeneous microstructures in a wide range of metals and alloys, thereby optimizing their mechanical properties. My PhD thesis aims to study the microstructure evolution and mechanical behavior of laser additively manufactured alloys with heterogeneous microstructures. The employed strategy is optimizing processing parameters to obtain designed microstructures and mechanical properties. Three representative heterostructured alloys are studied in this thesis: TiAl/Ti2AlNb alloys, AlSi10Mg alloys, and AlCoCrFeNi2.1 eutectic high-entropy alloys.In the first project, a piece of γ-TiAl/Ti2AlNb composition gradient alloy is fabricated by depositing γ-TiAl powder on a Ti2AlNb alloy substrate. The transition zone includes three layers (I, II and III) with gradient compositions and phases. The results of nanoindentation mapping show good correlations between the mechanical properties (nanohardness and elastic modulus) and microstructure in the transition zone. Attributing to the rule of mixtures, the nanohardness and elastic modulus gradually increase from the substrate Ti2AlNb to Layer I, and gradually decrease from Layer I to γ-TiAl. For harmonic structured AlSi10Mg components produced by laser powder bed fusion (LPBF), I investigate the local strain evolution, microvoid growth, and crack formation in the melt pool boundary regions using in situ tensile testing and synchrotron-based X-ray microtomography. Results indicate that decreasing area fractions of melt pool boundaries from 5.5% to 4.5% leads to an increase of tensile ductility from 7.2% to 9.8% in the LPBF AlSi10Mg samples. For the third project, I employ in situ synchrotron-based high-energy X-ray diffraction and tomography to study a directed energy deposition-fabricated directional nanolamellar AlCoCrFeNi2.1, comprised of face-centered cubic (fcc) and ordered body-centered cubic (B2) phases. The eutectic high entropy alloys that are loaded along three orientations present obvious mechanical anisotropy: (i) Samples HEA0, loaded along the lamellar direction, exhibit both the highest strength and ductility; (ii) Samples HEA45, loaded along a 45-degree angle with the lamellar direction, exhibit lowest strength and medial ductility; (iii) Samples HEA90, perpendicular to the lamellar direction, exhibit medial strength and lowest ductility. I find that such mechanical anisotropy is associated with the sequence of work hardening in the B2 and fcc phases, as well as martensitic transformation in the B2 phase. Overall, this thesis suggests the great opportunity of AM in fabricating alloys with gradient, harmonic, and lamellar heterogeneous microstructures with exceptional mechanical properties.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
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