Studio e caratterizzazione di una lega TiAl processata tramite Electron Beam Powder Bed Fusion = Study and characterization of a TiAl alloy processed via Electron Beam Powder Bed Fusion

Il seguente lavoro di tesi ha avuto come oggetto lo studio di una lega intermetallica Ti-48Al-2Cr-2Nb (γ-TiAl) processata tramite electron beam powder bed fusion (EB-PBF). Questa lega è particolarmente utilizzata nel settore aerospaziale, nel quale è stato impiegato per la realizzazione delle pale di turbina a bassa pressione per i motori aeronautici. Il TiAl si distingue dalle superleghe a base Nichel per la sua più bassa densità (circa metà delle superleghe a base Nichel), le elevate proprietà meccaniche (elevata resistenza meccanica e resistenza al creep ) ed elevata resistenza all’ossidazione. Tutti i campioni studiati sono stati realizzati mediante Il processo Eletron Beam Powder Bed Fusion (EB-PBF) il quale rientra nel gruppo di tecnologie relative all’Additive Manufacturing (AM), un processo produttivo che consiste nella realizzazione di oggetti tridimensionali. In questo lavoro di tesi si è usata una macchina sperimentale per la ricerca di nuovi materiale, la macchina additiva Freemelt one. Nel processo EB-PBF, un fascio di elettroni ad alta potenza fonde un sottile strato di polvere metallica secondo la geometria prescritta. Grazie all’impiego di tale fascio è possibile raggiungere elevati valori di temperatura all’interno della camera di stampa (circa 1100-1150 °C) e ciò rende questo processo particolarmente adatto per le leghe di TiAl che presentano una temperatura di transizione da fragile a duttile intorno a 700 °C, cosi evitando la formazione di cricche. Inoltre, questo processo avviene in vuoto (valori di range intorno 10-4 e 10-6 mbar) permettendo di evitare l’ossidazione e la contaminazione delle polveri utilizzate e dei componenti finali realizzati. Nel lavoro di tesi si sono prodotti diversi campioni utilizzando diversi parametri di processo in modo da valutare l’impatto dei parametri sul materiale. Inizialmente, tutti i campioni prodotti sono stati sottoposti ad un processo di preparazione metallografica e successiva osservazione tramite il microscopio ottico per valutare il livello di densificazione. Successivamente, i campioni sono stati attaccati chimicamente per mettere in risalto la microstruttura, evidenziando una modifica della microstruttura in base ai parametri utilizzati. Parametri più energetici tendono a creare una microstruttura costituita da grani più fini di gamma, i quali derivano da una maggiore perdita di alluminio. Invece, i parametri meno energetici sviluppano grani gamma di dimensioni maggiori per via di una ridotta perdita di alluminio. L’analisi TMA inoltre ha permesso di determinare la temperatura di transizione alpha transus correlato al quantitativo di Al nella lega. Il lavoro mostra che è essenziale usare i corretti parametri di processo per cercare di ottenere una microstruttura più omogena. Infine, la durezza è stata determinata su diversi provini e correlata con la microstruttura. Il lavoro mostra che bisogna modificare ulteriormente i parametri per ottenere una microstruttura omogenea è ridurre le perdite di alluminio durante il processo di fusione selettiva. Le strade principali possono essere quelle di aumentare lo spot size del fascio elettronico o ridurre la potenza del fascio (ad esempio usando una corrente minore) in modo da minimizzare le perdite di alluminio durante la fusione, facendo però attenzione a mantenere un livello adeguato di densificazione.