Alpha-Case fördert die Initiierung von Ermüdungsrissen von der Oberfläche in wärmebehandeltem Ti-6Al-4V, das durch Laser-Pulverbettfusion hergestellt wurde

Diese Forschung untersucht den Einfluss der Bildung einer sauerstoffstabilisierten Titan-Alpha-Schicht – genannt Alpha-Case an der Oberfläche – auf die Ermüdungseigenschaften von Ti-6Al-4V (Ti64) Legierungsbauteilen, die durch Laser-Pulverbettfusion (L-PBF) produziert wurden. Drei Nachbearbeitungswärmebehandlungen mit unterschiedlichen kontrollierten Atmosphären wurden an Proben mit als gebauten Oberflächen durchgeführt, um zu bewerten, wie Unterschiede in der Dicke und Härte der Alpha-Case-Schicht die Anfälligkeit des Materials für Oberflächenversprödung und seine gesamte Ermüdungsleistung beeinflussen. Die Untersuchung umfasst mikrostrukturelle Analysen von Masse und Unterfläche, Oberflächencharakterisierung mittels Röntgen-Computertomographie (XCT) und Ermüdungsprüfungen. Die wichtigsten Ergebnisse zeigen, dass Alpha-Case-Schichten die Ermüdungsbeständigkeit von L-PBF-fabrikations Ti64 verringern können. Es wurde festgestellt, dass die Anwesenheit einer 70 ± 3 µm dicken Alpha-Case-Schicht die Rissinitiierung fördert. Dies wird durch eine höhere Dichte initiiierter Risse betont, was zu einer Verringerung der Ermüdungslebensdauer führt. Umgekehrt wurde festgestellt, dass dünnere Alpha-Case-Schichten einen reduzierten Einfluss auf die Ermüdungsleistung haben, was die kritische Rolle von Nachbearbeitungswärmebehandlungen zur Modulation der Ermüdungsbeständigkeit des Materials hervorhebt. Der Einsatz von XCT zur Charakterisierung der Oberflächen der Proben in 3D bestätigt, dass Ermüdungsrisse hauptsächlich an Oberflächenkerben initiieren, was die Vorherrschaft der als gebauten Oberflächen gegenüber der Mikrostruktur bei der Bestimmung der Ermüdungsbeständigkeit von L-PBF Ti64-Komponenten hervorhebt. • Alpha-Case kann die Ermüdungsbeständigkeit der durch L-PBF gefertigten Ti-6Al-4V-Legierung verringern. • 70 ± 3 µm dicke Alpha-Case fördert die Rissinitiierung. • 70 ± 3 µm dicke Alpha-Case reduziert die Ermüdungslebensdauer. • Dünnere Alpha-Case-Schichten haben einen reduzierten Einfluss auf die Ermüdungsleistung. • Nachbearbeitungs-WT spielt eine entscheidende Rolle bei der Modulation der Ermüdungseigenschaften.