Recent Advancements in Microstructure Control and Performance Optimization of Titanium Alloys via Powder Bed Fusion
Source abstract
Abstract
The advent of powder bed fusion (PBF) technology marked a significant development in metal additive manufacturing (AM), offering unrivaled design flexibility, precision, and deposition rates. This review examines the intricacies of the PBF process, with a particular emphasis on titanium (Ti) and its alloys (Ti‐alloys). Although the microstructural evolution under various PBF conditions has been extensively studied, the unique advantages of PBF in alloy design and processing remain underexplored. It systematically compares the performance characteristics of Ti‐alloys fabricated via laser and electron beam technologies, with a particular focus on their forming properties, microstructure, and mechanical properties. Key challenges hindering the progress of PBFs, along with potential solutions, are identified. In addition, it explores the unique processing characteristics of PBF and advocate innovative alloy design to achieve superior microstructures and properties not possible with conventional methods. This study's findings provide important insights and future directions for optimizing Ti‐alloys development through PBF, paving the way for further development of PBF and Ti‐alloys.
Source: crossref · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Additive Manufacturing Materials and Processes · Titanium Alloys Microstructure and Properties · Magnesium Alloys: Properties and Applications
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Faculty of Materials Science and Engineering Key Laboratory of Advanced Materials of Yunnan Province Kunming University of Science and Technology Kunming Yunnan 650093 P. R.China
References (100+)
Show source-provided references
1. 10.1016/j.matpr.2020.02.63510.1016/j.matpr.2020.02.635 ↗
2. 10.1038/nature2389410.1038/nature23894 ↗
3. 10.1016/j.actamat.2016.07.01910.1016/j.actamat.2016.07.019 ↗
4. 10.1007/s13534-020-00177-210.1007/s13534-020-00177-2 ↗
5. 10.1007/s11665-017-2747-y10.1007/s11665-017-2747-y ↗
6. 10.1016/j.apmate.2021.11.00110.1016/j.apmate.2021.11.001 ↗
7. 10.1007/s11665-023-08233-510.1007/s11665-023-08233-5 ↗
8. Ivanov D. · Addit. Manuf. · 2017 · 18 · 269
9. 10.1016/j.msea.2020.13961510.1016/j.msea.2020.139615 ↗
10. 10.1038/nmat502110.1038/nmat5021 ↗
11. 10.1080/09506608.2016.117628910.1080/09506608.2016.1176289 ↗
12. 10.1016/j.jmbbm.2013.05.01110.1016/j.jmbbm.2013.05.011 ↗
13. 10.1016/B978-0-12-800054-0.00024-110.1016/B978-0-12-800054-0.00024-1 ↗
14. Dehoff R. · Adv. Mater. Processes · 2013 · 171 · 19
15. 10.1016/j.matpr.2017.07.24910.1016/j.matpr.2017.07.249 ↗
16. 10.1016/j.matdes.2010.09.01110.1016/j.matdes.2010.09.011 ↗
17. J.Gausemeier N.Echterhoff M.Wall inProc. of the 24th Annual Inter. Solid Freeform Fabrication Symp. Austin: University of Texas2013 p.110.
18. 10.3390/ma1318408710.3390/ma13184087 ↗
19. 10.1016/j.jmatprotec.2021.11730510.1016/j.jmatprotec.2021.117305 ↗
20. 10.1016/j.jmatprotec.2017.05.04210.1016/j.jmatprotec.2017.05.042 ↗
21. 10.1016/j.jmapro.2019.07.01010.1016/j.jmapro.2019.07.010 ↗
22. 10.1016/j.cirp.2017.05.00910.1016/j.cirp.2017.05.009 ↗
23. 10.1016/j.msea.2013.11.03810.1016/j.msea.2013.11.038 ↗
24. Tao Q. Y. · Acta Mater. · 2020 · 34 · 101198
25. 10.1016/j.matchar.2024.11392610.1016/j.matchar.2024.113926 ↗
26. 10.3390/met1009122810.3390/met10091228 ↗
27. 10.1016/j.jmatprotec.2012.11.01110.1016/j.jmatprotec.2012.11.011 ↗
28. Ge J. · J. Mater. Res. Technol. · 2022 · 20 · 110
29. 10.1016/j.jallcom.2023.17176910.1016/j.jallcom.2023.171769 ↗
30. 10.1016/j.actamat.2012.04.00610.1016/j.actamat.2012.04.006 ↗
31. 10.1243/095440505X3299510.1243/095440505X32995 ↗
32. 10.1016/j.scriptamat.2005.03.04710.1016/j.scriptamat.2005.03.047 ↗
33. Mosallanejad M. H. · J. Metals · 2022 · 35 · 12
34. 10.1002/jbm.121210.1002/jbm.1212 ↗
35. 10.1007/s11837-016-2253-y10.1007/s11837-016-2253-y ↗
36. 10.1016/j.matdes.2016.12.01910.1016/j.matdes.2016.12.019 ↗
37. 10.1016/j.matdes.2018.10755210.1016/j.matdes.2018.107552 ↗
38. 10.1016/j.matdes.2016.06.11710.1016/j.matdes.2016.06.117 ↗
39. 10.1016/j.ijfatigue.2018.11.01910.1016/j.ijfatigue.2018.11.019 ↗
40. 10.1002/352760211910.1002/3527602119 ↗
41. 10.1002/adem.20031009510.1002/adem.200310095 ↗
42. 10.1186/s10033-022-00826-w10.1186/s10033-022-00826-w ↗
43. 10.1016/j.actamat.2016.04.02910.1016/j.actamat.2016.04.029 ↗
44. Mercelis P. · J. Mater. Process. Technol. · 2007 · 12 · 254
45. Song J. W. · Steel Vanadium Titanium · 2020 · 41 · 33
46. 10.1016/j.surfcoat.2023.13013110.1016/j.surfcoat.2023.130131 ↗
47. 10.1016/j.phpro.2014.08.10210.1016/j.phpro.2014.08.102 ↗
48. 10.1016/j.msec.2016.09.01110.1016/j.msec.2016.09.011 ↗
49. 10.3390/met1110159310.3390/met11101593 ↗
50. 10.1016/j.matdes.2014.05.02110.1016/j.matdes.2014.05.021 ↗
51. Zhang Y. J. · J. Mater. Eng. · 2018 · 46 · 12
52. 10.1016/j.ijmachtools.2016.07.01010.1016/j.ijmachtools.2016.07.010 ↗
53. Li W. X. · Powder Metall. Mater. Sci. Eng. · 2017 · 22 · 70
54. 10.1016/j.solener.2018.07.06910.1016/j.solener.2018.07.069 ↗
55. 10.1016/j.msea.2019.04.02310.1016/j.msea.2019.04.023 ↗
56. 10.1007/s11661-011-0731-y10.1007/s11661-011-0731-y ↗
57. 10.1016/j.jallcom.2012.07.02210.1016/j.jallcom.2012.07.022 ↗
58. 10.1016/j.jallcom.2018.12.05110.1016/j.jallcom.2018.12.051 ↗
59. 10.1016/j.ijfatigue.2016.06.00110.1016/j.ijfatigue.2016.06.001 ↗
60. 10.1108/1355254091096026210.1108/13552540910960262 ↗
61. 10.1002/adem.20150041910.1002/adem.201500419 ↗
62. 10.1016/j.matdes.2015.07.14710.1016/j.matdes.2015.07.147 ↗
63. 10.1002/adem.20170084210.1002/adem.201700842 ↗
64. 10.1002/jor.2307510.1002/jor.23075 ↗
65. Zang M. C. · Addit. Manuf. · 2023 · 65 · 103444
66. 10.1007/s11665-013-0658-010.1007/s11665-013-0658-0 ↗
67. 10.1016/j.addma.2022.10263410.1016/j.addma.2022.102634 ↗
68. 10.3390/ma1416466210.3390/ma14164662 ↗
69. 10.4028/www.scientific.net/AMM.44-47.277810.4028/www.scientific.net/AMM.44-47.2778 ↗
70. 10.1016/j.mtla.2019.10028110.1016/j.mtla.2019.100281 ↗
71. Chen W. · Rare Met. Mater. Eng. · 2017 · 46 · 25
72. 10.1016/j.msea.2017.08.02010.1016/j.msea.2017.08.020 ↗
73. 10.1002/adem.20140054210.1002/adem.201400542 ↗
74. 10.1016/j.pnsc.2019.04.01110.1016/j.pnsc.2019.04.011 ↗
75. Norm D. · Deutsches Institut für Normung, DIN · 1990 · 65084
76. SAE Aerospace Heat Treatment of Titanium and Titanium Alloys 2003 Aerosp. Mater. Spec. AMS‐H‐81200A.
77. SAE Aerospace Heat Treatment of Titanium Alloy Parts 2003 Aerosp. Mater. Spec. AMS 2801B.
78. 10.1007/s11837-001-0068-x10.1007/s11837-001-0068-x ↗
79. Jia W. P. · 2005 · 119
80. 10.1016/j.matchar.2013.07.01210.1016/j.matchar.2013.07.012 ↗
81. Yang J. X. · Mater. Lett. · 2021 · 304 · 130597.1
82. 10.3390/cryst1105049510.3390/cryst11050495 ↗
83. 10.1016/j.msea.2019.13874210.1016/j.msea.2019.138742 ↗
84. 10.1016/j.msea.2013.02.06410.1016/j.msea.2013.02.064 ↗
85. 10.1016/j.actamat.2015.06.03610.1016/j.actamat.2015.06.036 ↗
86. Liu M. · Powder Metall. Ind. · 2022 · 32 · 84
87. Liu M. · Addit. Manuf. · 2019 · 30 · 100873
88. 10.1016/S1359-6454(02)00567-010.1016/S1359-6454(02)00567-0 ↗
89. 10.1016/j.ijfatigue.2016.04.02210.1016/j.ijfatigue.2016.04.022 ↗
90. 10.1016/j.pmatsci.2008.06.00410.1016/j.pmatsci.2008.06.004 ↗
91. 10.1007/s11661-003-0230-x10.1007/s11661-003-0230-x ↗
92. 10.1016/S0924-0136(02)00921-410.1016/S0924-0136(02)00921-4 ↗
93. 10.1016/j.jmst.2016.03.02010.1016/j.jmst.2016.03.020 ↗
94. 10.1002/jbm.b.3190110.1002/jbm.b.31901 ↗
95. 10.1063/1.203719210.1063/1.2037192 ↗
96. 10.1016/j.scriptamat.2011.03.02410.1016/j.scriptamat.2011.03.024 ↗
97. 10.1016/j.matdes.2016.04.10310.1016/j.matdes.2016.04.103 ↗
98. 10.1016/j.addma.2021.10238410.1016/j.addma.2021.102384 ↗
99. 10.1016/j.matdes.2017.05.01010.1016/j.matdes.2017.05.010 ↗
100. 10.1117/12.58082810.1117/12.580828 ↗