Alballah, Obai (2026) Effect of Process Parameters and Heat Treatment on Microstructure and Mechanical Properties of Flame Additive Manufacturing Parts. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (MSc Thesis) OBAI MSC THESIS (2).pdf Restricted to Repository staff only until 7 July 2027. Download (6MB)

Arabic Abstract

في هذا العمل، تم استخدام لهب الأوكسي-أسيتيلين في التصنيع الإضافي لمسحوق الحديد بطريقة طبقية. تهدف هذه الدراسة إلى تأسيس قاعدة تجريبية لفهم تفاعل المسحوق مع اللهب، وربط متغيرات العملية، مثل ارتفاع الطبقة، وعدد التمريرات، وسرعة الطباعة، بسلوك الانصهار والاستجابة الميكانيكية للأجزاء المطبوعة بتقنية التصنيع الإضافي باللهب. قبل عملية الطباعة، تم توصيف المسحوق باستخدام تحليل توزيع حجم الجسيمات، وحيود الأشعة السينية، والمجهر الإلكتروني الماسح، والتحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة. بعد ذلك، تم توصيف الأجزاء المطبوعة في حالتها كما طُبعت باستخدام حيود الأشعة السينية، وفلورية الأشعة السينية، والمجهر الإلكتروني الماسح، والتحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة، وذلك لتقييم الأطوار البلورية، ومورفولوجيا السطح، ودرجة الانصهار، والتغاير الكيميائي، وتكوّن الأكاسيد. أظهرت النتائج أن الانخفاض الكبير في سمك الطبقة، ولا سيما عند 0.4 مم، أدى إلى تكوين أجزاء مطبوعة مسامية في الحالة كما طُبعت. كما بقي طور حديد ألفا هو الطور الرئيس في الأجزاء المطبوعة، إلا أن بعض ظروف الطباعة أظهرت تكوّن أطوار مرتبطة بالأكاسيد. كما أُجريت معالجة حرارية تحت جو مختزل عند درجات حرارة مختلفة. وأظهرت نتائج المعالجة الحرارية أن معظم العينات شهدت انخفاضًا في محتوى الأكسجين. كذلك، ازدادت صلادة فيكرز مع ارتفاع درجة حرارة المعالجة الحرارية وزيادة زمن التثبيت. وبوجه عام، تؤكد النتائج إمكانية استخدام التصنيع الإضافي باللهب بوصفه نهجاً واعداً ومنخفض التكلفة لترسيب المعادن. ومع ذلك، لا يزال من الضروري إجراء مزيد من التحسين في التحكم بالمدخلات الحرارية والجو المحيط بهدف تقليل العيوب والحصول على أجزاء مطبوعة أكثر تجانساً وموثوقية.

English Abstract

In this work, an oxy-acetylene flame was employed to AM iron powder in a layer-by-layer manner. The study aims to establish an experimental foundation for understanding powder–flame interaction and for correlating process variables, such as layer height, number of passes, and printing speed, with the melting behavior and the mechanical response of printed FAM parts. Prior to printing, the powder was characterized using PSD, XRD, SEM, EDS. The as-printed parts were then characterized using XRD, XRF, SEM, and EDS to evaluate crystalline phases, surface morphology, degree of melting, chemical heterogeneity, and oxide formation. The results showed that low layer thicknesses, particularly 0.4 mm, resulted in porous as-built FAM parts. Alpha iron phase remained the main phase in printed parts. However, some conditions showed formation of oxides. Heat treatment was also conducted under a reducing atmosphere at varying temperatures. The heat-treatment results showed that most samples exhibited a reduction in oxygen. Vickers hardness increased with increasing heat￾treatment temperature and holding time. Overall, the results confirm the potential of FAM as a promising low-cost approach for metal deposition. However, further optimization of heat input, and atmosphere control is required to reduce defects and achieve more homogeneous and reliable printed parts.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Thesis Advisor:	Usman Ali,
Thesis Committee Members:	Awad Alquaity, Hafiz Muhammad Ali Arshad,
Depositing User:	OBAI ALBALLAH
Date Deposited:	12 Jul 2026 11:02
Last Modified:	12 Jul 2026 11:02
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144644