2026/09/04
Microstructural evolution, defect mitigation, and precipitation behavior in AA6061 via laser powder bed fusion with high-temperature substrate heating
Karna, S.; Al-Aridi, R.; Morrall, D.; Masse, J.P.; Sun, C.; Zhang, T.; J. Gross, A.; Hosseinzadeh, H.; Martin, É.; Krentz, T.; Hitchcock, D.; Yuan, L. (2026). Microstructural evolution, defect mitigation, and precipitation behavior in AA6061 via laser powder bed fusion with high-temperature substrate heating. Materials Science and Engineering, vol. 970, 2026, 150474.
Les défauts, en particulier la fissuration à chaud (solidification cracking), demeurent des obstacles persistants dans le traitement par fusion laser sur lit de poudre (LPBF) de l’alliage d’aluminium AA6061. Cette étude examine de manière systématique la réduction des défauts, l’évolution microstructurale et les propriétés mécaniques associées à un préchauffage du substrat à haute température, à 500 °C. Des analyses microstructurales approfondies, incluant la caractérisation des défauts, des structures de grains et du comportement de précipitation, ont été réalisées sur des échantillons à l’état brut de fabrication ainsi qu’après traitement thermique T6. Un préchauffage élevé a considérablement réduit la fissuration à chaud sur une large plage de conditions de procédé, tout en démontrant une sensibilité réduite des fissures aux paramètres laser. Des fissures colonnaires orientées selon la direction de construction ont néanmoins été observées malgré le préchauffage du substrat. Les défauts de manque de fusion et la porosité de type « keyhole » ont été efficacement éliminés, bien qu’une microporosité induite par les gaz ait persisté aux puissances plus élevées. Une caractérisation approfondie de deux conditions distinctes de puissance et de vitesse laser a confirmé la formation de précipités de Mg2Si non cohérents de taille micrométrique dans des conditions de substrat chauffé, aux côtés de phases intermétalliques α-AlFeCrMnSi révélatrices d’effets thermiques in situ survenus pendant la fabrication. Le traitement thermique T6 subséquent a révélé la formation de fins précipités durcissants β″ en forme d’aiguilles, cohérents avec la matrice. Malgré des différences substantielles dans les paramètres de procédé, des propriétés mécaniques comparables ont été mesurées sur les échantillons à l’état brut de fabrication (limite d’élasticité ~52 MPa, résistance à la traction ~130 MPa), principalement en raison d’effets réduits d’écrouissage et de caractéristiques de précipitation homogènes. Par ailleurs, le traitement thermique T6 a conduit à une amélioration significative des propriétés, augmentant la limite d’élasticité de plus de 400 %, ce qui se rapproche étroitement des performances de l’AA6061-T6 corroyé conventionnel. Ces résultats démontrent que le préchauffage du substrat à haute température constitue un moyen efficace de supprimer les fissures, de contrôler la précipitation et d’améliorer les performances mécaniques des pièces en AA6061 fabriquées par LPBF.