Production of Cylindrical Specimens Based on the Ni-Ti System by Selective Laser Melting from Elementary Powders

Abstract

This study aimed to evaluate the potential use of elemental powders, Ni oxyreduction and Ti HDH (hydration-dehydration) to obtain the NiTi shape memory alloy in cylindrical specimens from additive manufacturing process by Selective Laser Melting with laser power and energy density under control (100 to 150 W and 25 to 40 J/mm 3 ). Scanning electron microscopy (SEM), X-ray energy-dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD) conjugated analyses showed that all processing parameters yield samples with Ti enriched regions surrounded by alloy layers associated to Ni 3 Ti, Ni 3 Ti 2 , and NiTi 2 intermetallic. This evidence suggests that the parameters applied were not enough to promote the complete fusion of Ti particles, indicating that the samples presented a melting microstructure with evidence of defects located due to lack of fusion due to the irregular voids and Ti islands that resemble the irregular morphology of the starting Ti HDH powder, and pores depending on the retention of gases in the fusion pool. Each explored condition presented in its structure a set of different phases in nature and proportion, without the NiTi intermetallic. Also, justifies the apparent and real density values not compatible with the NiTi intermetallic theoretical density, but the density resulting from the mixture of different Ni-Ti system phases formed. Observing the decrease in the cracks and pores, and the real densities measured, compared with the theoretical density of the NiTi intermetally, the specimens that represent the best conditions are those produced with 125 and 150 W with 30 J/mm 3 , in order not compromising the SMA properties, and would allow microstructural evolution for the formation of the NiTi through heat treatment. Although the most favorable parameters, the NiTi system did not exhibited an austenitic matrix, and then the adoption of the proposed elementary powders mixture will be promising when followed by solution heat treatment, which is one of the works under development by our research group.

POTENCIALIDADE DA FABRICAÇÃO DA LIGA NiTi POR MANUFATURA ADITIVA VIA DED EM SUBSTRATO DE AÇO SAE 4340

“…A micrografia mostrada no detalhe para amostra 1, com uma camada de depósito -Figura 1-1, evidencia uma morfologia dendrítica da ZF associada a diluição do produto fundido Ni-Ti com o aço do substrato, aço SAE 4340, o qual se encontra acima do material de substrato fundido e solifidicado após a ação do laser, continuidade da ZF, e abaixo de uma fina camada de coloração clara e descontinua associada exclusivamente ao produto Ni-Ti. A amostra 2, com duas camadas sobrepostas, já é possível identificar que esta camada de liga, formada a partir da fusão da mistura dos pós de Ni e de Ti, é mais espessa e no seu detalhe microestrutural se destaca pela ocorrência das "ilhas de Ti" ao redor de uma liga NixTiy, como descrito por Oliveira et al (2021), e confirmado pela análise química por EDS em linha -Figura 1-2. O baixo teor de Fe é um indício de baixa diluição com o substrato, reforçando que a partir da segunda camada de depósito há uma pequena fusão da camada inferior a este sem mistura significativa para promover nova diluição entre o substrato e o produto fundido Ni-Ti.…”

Caracterização De Pós De Níquel Oxirreduzido E Titânio HDH Para Uso Em Manufatura Aditiva via Deposição Por Energia Direcionada (Ded)

“…No entanto, o processo de HDH é significativamente mais econômico do que a atomização, como destacado por Bayerlein [22], e tornando-se interessante para testes a fim de validar em que condições de fato seu uso é limitado, tendo em vista que o mesmo se indicava para o uso de pós HDH quando a limitações no espalhamento na plataforma de construção em máquinas de manufatura aditiva por fusão seletiva a laser. No entanto, estudos recentes têm mostrados resultados promissores no uso dos pós HDH na FSL [23][24][25] e na DED [26,27], mesmo que se façam necessários ajustes nos valores dos parâmetros de processamento quando da utilização destes pós nestes métodos de AM.…”

Compressive Mechanics and Hyperelasticity of Ni-Ti Lattice Structures Fabricated by Selective Laser Melting

“…The volume of the lattice structure was obtained by the method of absolute ethanol (ethanol content is greater than 99.7%, density is 0.79 g/mL). The density of the model was obtained by dividing the weight by the volume, and then compared with the density of the matrix material (Ni-Ti alloy 6.45 g/cm 3 [34][35][36]) to determine relative density of the Ni-Ti lattice structure samples. The surface morphology of the SLM samples was observed with a field emission scanning electron microscope (FEI Quanta650 FEG).…”