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Organisationseinheit der BAM
In Hinblick auf den austenitischen Stahl AISI 316L erzeugt das pulverbettbasierte selektive Laserstrahlschmelzen, als ein additives Fertigungsverfahren, kristallographisch texturierte und Multiskalige Mikrostruktur. Einerseits können diese Mikrostrukturen zu einer Verbesserung der statischen mechanischen Eigenschaften führen (z. B. zu einer höheren Streckgrenze). Andererseits stehen diesen Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften hohe Eigenspannungen gegenüber, die sich nachteilig auf das Ermüdungsverhalten auswirken können. Zur Reduzierung der Eigenspannungen und der daraus resultierenden negativen Auswirkungen auf die Ermüdungseigenschaften, werden Bauteile nach der Herstellung typischerweise wärmebehandelt. In dieser Studie wurde eine niedrige Wärmebehandlungstemperatur von 450°C höher temperierten Behandlungen bei 800 °C und 900 °C gegenübergestellt. Diese Wärmebehandlungstemperaturen bilden die oberen und die untere Grenze ein Spannungsarmglühendes Materials, ohne die prozessinduzierte Mikrostruktur signifikant zu verändern. Zusätzlich bieten diese Temperaturen den Vorteil, dass sie eine übermäßige intergranulare Ausscheidung von Karbiden und TCP-Phasen vermeiden, die zu einer Sensibilisierung des Werkstoffes gegen korrosive Umgebungen führen würden. Die Auswirkungen der Wärmebehandlung auf das Gefüge wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (BSE und EBSD) untersucht. Die Relaxation der Eigenspannungen wurde vor und nach den jeweiligen Wärmebehandlungen bei 800°C und 900°C mittels Neutronenbeugung charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Proben nach der Wärmebehandlung bei 900 °C nahezu spannungsfrei sind, was mit der Auflösung der zellularen Substruktur korreliert.
Using non-optimum combination of manufacturing parameters in selective laser melting (SLM) may lead to reduction of quality of component: defects generation, distortion of geometry and even cracking. Usually, the optimization of parameters is performed by changing volumetric energy density (Ev) and selecting parameters giving low porosity values. However, not only low porosity but also stable microstructure and low residual stresses will help to achieve advanced mechanical behavior of the component.
In present work, we investigated cuboid-shaped Ti-6Al-4V samples produced with different manufacturing parameters. The parameters leading to the same Ev were considered as well as parameters which are not included in Ev. Residual stresses in subsurface region were investigated by synchrotron X-ray diffraction, which allows to penetrate around 100 µm from the surface therefore overcome the problem of high roughness of SLM components without additional sample preparation. Only tensile stresses were found along the building direction, that can play critical role especially during cyclic loading. In parallel, using X-ray computed tomography we also observe that porosity is mainly concentrated in the contour region, except in case where the laser speed is small. However, by using some process parameters it was possible to decrease residual stresses and obtain uniform α+β Ti microstructure and relatively low porosity. Additionally, it was found that not included in Ev (e.g., base plate position, focus distance) should be considered as additional manufacturing parameters during SLM process.