Caratterizzazione microstrutturale e meccanica di una lega A6061+Ti processata tramite Laser Powder Bed Fusion = Microstructural and mechanical characterisation of an A6061+Ti Alloy processed by Laser Powder Bed Fusion

L’Additive Manufacturing (AM), anche conosciuta come prototipazione rapida o stampa 3D, ha rivoluzionato il mondo industriale, in particolare per ciò che concerne i settori aerospaziale, biomedico, automotive, consentendo la realizzazione di componenti complessi e personalizzati con una significativa riduzione dello spreco dei materiali, dei tempi e dei costi di sviluppo. Tra le diverse tecnologie AM, la Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) è una delle tecniche di fabbricazione additiva più impiegate per la produzione di componenti metallici: nella L-PBF un sottile strato di polvere viene depositato su una piattaforma di costruzione e fuso selettivamente da un laser ad alta energia in atmosfera inerte; la sequenza è ripetuta “layer by layer” fino alla realizzazione del componente finale. Tra i diversi materiali impiegati per questo processo, le leghe di alluminio sono tra quelli più utilizzati grazie alla bassa densità, buona conducibilità termica, l’alta deformabilità e l’ottima resistenza alla corrosione. Tuttavia, le leghe di alluminio, e in particolare le leghe da deformazione plastica, mostrano significative criticità in termini di processabilità per L-PBF a causa del loro ampio intervallo di solidificazione: ciò favorisce la crescita epitassiale di grani colonnari e la formazione di cricche di solidificazione compromettendone le proprietà meccaniche. Al fine di porre rimedio a tale problematica, uno degli approcci che si è maggiormente consolidato consiste nell’inoculazione al fine di promuovere la nucleazione eterogenea e la formazione di grani equiassiali. Questa strategia può essere adottata con due approcci differenti: tramite l’aggiunta ex situ di inoculanti, o tramite la sintesi in situ durante il processo L-PBF di queste fasi. In questo lavoro di tesi si è voluto investigare l’efficacia del titanio nel migliorare la processabilità della lega. Partendo dalla lega da deformazione plastica A6061, non processabile per L-PBF, sono state aggiunti diverse tenori di Ti con l’obiettivo di valutarne l’impatto sulla processabilità e sulla microstruttura. L’attività sperimentale è stata condotta presso i laboratori del dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia del Politecnico di Torino. Quattro diversi sistemi sono stati processati e caratterizzati: la lega A6061 pura e tre mix di polveri A6061+Ti (1, 2 e 5 wt.%). La prima parte del lavoro sperimentale è stata dedicata alla caratterizzazione delle polveri in termini di scorrevolezza, morfologia, composizione chimica e distribuzione granulometrica. Successivamente, le 4 polveri sono state processate mediante L-PBF per eseguire un’ottimizzazione dei parametri e valutare la densificazione e la presenza di cricche di solidificazione al variare dei parametri e del tenore di Ti. Infine, i campioni più densi sono stati caratterizzati microstrutturalmente tramite osservazione al microscopio ottico ed elettronico, analisi EDS (Energy Dispersive Spectroscopy), XRD (X-ray Diffraction) ed EBSD (Electron Backscattered Diffraction).