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Eigenspannungen in additiv gefertigten Bauteilen aus IN718

  • Die additive Fertigung (AM) mittels Selective Laser Melting (SLM) bietet großes Potential hinsichtlich der Herstellung geometrisch komplexer Bauteile im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsverfahren. Die sich während des Prozesses einstellenden Eigenspannungen können jedoch die Anwendung von SLM-Teilen einschränken, da sie die Tragfähigkeit reduzieren können und unerwünschten Verzug in Abhängigkeit der in der Fertigung festgelegten Randbedingungen verursachen können. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung von Eigenspannungen in SLM-Teilen unter Anwendung komplementärer Messtechniken. Das verwendete Material ist die Nickelbasis-Superlegierung 718. Die Legierung wird aufgrund ihrer überlegenen Korrosions- und Hochtemperaturbeständigkeit in vielen Anwendungen der Luft- und Raumfahrt- und der chemischen Industrie eingesetzt. Die Untersuchungen umfassen die Charakterisierung der Mikrostruktur sowie der Eigenspannungen in der Oberfläche als auch im Inneren derDie additive Fertigung (AM) mittels Selective Laser Melting (SLM) bietet großes Potential hinsichtlich der Herstellung geometrisch komplexer Bauteile im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsverfahren. Die sich während des Prozesses einstellenden Eigenspannungen können jedoch die Anwendung von SLM-Teilen einschränken, da sie die Tragfähigkeit reduzieren können und unerwünschten Verzug in Abhängigkeit der in der Fertigung festgelegten Randbedingungen verursachen können. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung von Eigenspannungen in SLM-Teilen unter Anwendung komplementärer Messtechniken. Das verwendete Material ist die Nickelbasis-Superlegierung 718. Die Legierung wird aufgrund ihrer überlegenen Korrosions- und Hochtemperaturbeständigkeit in vielen Anwendungen der Luft- und Raumfahrt- und der chemischen Industrie eingesetzt. Die Untersuchungen umfassen die Charakterisierung der Mikrostruktur sowie der Eigenspannungen in der Oberfläche als auch im Inneren der Bauteile. Für die Eigenspannungsanalyse wurden Röntgen-, Synchrotron- und Neutronenbeugung angewendet. Die Messungen wurden an der BAM, an der EDDI-Beamline bei BESSY II und an der E3-Beamline bei BER II des Helmholtz-Zentrums für Materialien und Energie (HZB) Berlin durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen unterschiedliche Eigenspannungsverteilungen auf der Grundlage der verschiedenen Techniken, d. h. eine Abhängigkeit von der Eindringtiefe der jeweiligen Strahlung in die Probe. Für die oberflächennahen Eigenspannungen ergeben sich für die Längs- und Querspannungskomponenten sowohl für Röntgen- als auch für Synchrotronbeugung hohe Werte im Bereich der Fließgrenze. Darüber hinaus offenbarte die synchrotronbasierte Messung einen Gradienten entlang der Breite und Länge der Probe für beide Spannungskomponenten. Anderseits wurden geringere Eigenspannungen im Innern des Materials gefunden. Diese können richtungsabhängig auch im Druckbereich liegen.zeige mehrzeige weniger
  • Additive Manufacturing (AM) by Selective Laser Melting (SLM) offers ample scope for producing geometrically complex parts as compared to the traditional subtractive manufacturing strategies. However, the residual stresses which develop during the process can limit the application of SLM parts because they can reduce the load bearing capacity as well as induce unwanted distortion depending on the boundary conditions specified in manufacturing. This study aims at the characterization of residual stresses in SLM parts by using different measurement techniques. The material used is the nickel based super Alloy 718. The alloy is widely used in several applications in aerospace and chemical industries due to its superior corrosion and heat resistant properties. Microstructure as well as surface and bulk residual stresses were characterized. For residual stress analysis X-ray, synchrotron and neutron diffraction were applied. The measurements were performed at BAM, and at EDDI line -BESSYAdditive Manufacturing (AM) by Selective Laser Melting (SLM) offers ample scope for producing geometrically complex parts as compared to the traditional subtractive manufacturing strategies. However, the residual stresses which develop during the process can limit the application of SLM parts because they can reduce the load bearing capacity as well as induce unwanted distortion depending on the boundary conditions specified in manufacturing. This study aims at the characterization of residual stresses in SLM parts by using different measurement techniques. The material used is the nickel based super Alloy 718. The alloy is widely used in several applications in aerospace and chemical industries due to its superior corrosion and heat resistant properties. Microstructure as well as surface and bulk residual stresses were characterized. For residual stress analysis X-ray, synchrotron and neutron diffraction were applied. The measurements were performed at BAM, and at EDDI line -BESSY II synchrotron- and E3 line -BER II neutron reactor- of Helmholtz-Zentrum für Materialien und Energie (HZB) Berlin. The results show different residual stress states based on the different techniques, i.e. a dependence of the residual state on depth penetration in the sample. For the surface residual stresses, longitudinal and transversal stress components from both X-ray and synchrotron diffraction agree with the high tensile values around the yield limit. Furthermore, synchrotron mapping disclosed a gradient along width and length of the sample for both stress components. On the other hand, lower residual stresses are found in the bulk of the material. The longitudinal stress component is tensile and decreases towards the tip of the sample. In contrast, the normal component is almost constant and compressive in nature. The transversal component stays constant and is almost negligible. In summary, the samples of Alloy 718 manufactured by SLM process can show high tensile residual stresses in the surface as high as the yield strength of the wrought alloy. Residual stresses in the bulk show considerably lower stress values. This indicates that a stress re-distribution takes place during deposition of the SLM layers. Due to high residual stresses the dimensional stability of SLM parts can be affected as distortion can occur when removing the samples from the support structure. Future investigations are planned to study the phenomenon in detail.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Autoren/innen:Arne Kromm
Koautoren/innen:Sandra Cabeza, Tatiana Mishurova, Tobias Thiede, Naresh Nadammal, Giovanni Bruno, Pedro Dolabella Portella
Dokumenttyp:Vortrag
Veröffentlichungsform:Präsentation
Sprache:Deutsch
Jahr der Erstveröffentlichung:2017
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
8 Zerstörungsfreie Prüfung
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.5 Mikro-ZfP
9 Komponentensicherheit
9 Komponentensicherheit / 9.4 Integrität von Schweißverbindungen
5 Werkstofftechnik / 5.0 Abteilungsleitung und andere
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Additive Fertigung; Eigenspannungen
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Veranstaltung:Fachausschuss 13 "Eigenspannungen" der AWT
Veranstaltungsort:Braunschweig, Germany
Beginndatum der Veranstaltung:10.10.2017
Enddatum der Veranstaltung:11.10.2017
Verfügbarkeit des Volltexts:Volltext-PDF im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:16.10.2017
Referierte Publikation:Nein