Microstructure and texture control of Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloys manufactured by laser powder bed fusion
Metoda topienia laserowego proszków metali (Laser Powder Bed Fusion) została wykorzystana do wytworzania polikrystalicznych próbek ze stopu Ni-Mn-Ga. Proszki wsadowe, o cząstkach ok. 20 µm, przygotowano poprzez mielenie kulowe taśm wytwarzanych metodą szybkiego chłodzenia (melt-spinning). Mikrostrukturę oraz ewolucję tekstury wydruków 3D ze stopu Ni-Mn-Ga zbadano za pomocą SEM, TEM oraz dyfrakcji promieniowania synchrotronowego.
Dzięki zastosowaniu dwóch różnych strategii skanowania, optymalizacji parametrów wiązki lasera oraz obróbki cieplnej po procesie, uzyskano jednorodną mikrostrukturę o silnej teksturze krystalograficznej. Zlokalizowane warunki nagrzewania i chłodzenia, występujące podczas druku 3D, pozwoliły na uzyskanie struktury z preferowaną "włóknistą" orientacją <100> wzdłuż kierunku wzrostu. Struktura krystaliczna oraz tekstura krystalograficzna ulegają znaczącym zmianom w zależności od wybranego trybu oscylacji lasera.
Silna anizotropia krystaliczna i mikrostruktura martezytu modulowenego mają istotny wpływ na powstawanie i ruch wariantów bliźniaczych, co skutkuje anizotropową odpowiedzią mechaniczną. Reorientacja wariantów podczas treningu mechanicznego odbywa się poprzez tzw. ortogonalne ścinanie. Wykazano również, że końcowa struktura krystaliczna i temperatury przemian magnetostrukturalnych są silnie zależne od składu chemicznego, w szczególności strat manganu, naprężeń wewnętrznych oraz chemicznego uporządkowania, które prowadzi do powstawania metastabilnych faz w wyniku ekstremalnie szybkiego chłodzenia podczas drukowania 3D.
Staranny monitoring parametrów w trakcie trójstopniowego procesu wytwarzania stopów NiMnGa pozwala na:
- uzyskanie jednorodnej mikrostruktury i rozkładu pierwiastkó chemicznych w wydrukach,
- kontrolę powstającej mikrostruktury poprzez modyfikację strategii skanowania (normalna i oscylacyjna),
- usunięcie naprężeń wewnętrznych i stabilizację strukturę martenzytyczną poprzez właściwą obróbkę cieplną,
- wysokie odkształcenie indukowane polem magnetycznym (Magnetic Field Induced Strain) na poziomie 0,5%, dzięki uzyskaniu jednorodnej, kolumnowej mikrostrukturze i teksturze krystalograficznej.
Artykuł:
Additive Manufacturing
Autorzy z PW:
Maciej Kowalczyk, Rafał Wróblewski, Bartosz Morończyk, Łukasz Żrodowski
Dyscyplina:
Rok wydania: