Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Filtern
Dokumenttyp
- Vortrag (2) (entfernen)
Referierte Publikation
- nein (2)
Schlagworte
- HIP (2) (entfernen)
Organisationseinheit der BAM
Eingeladener Vortrag
- nein (2)
Hot Isostatic Pressing (HIP) is often introduced to tackle the porosity issue in additively manufactured (AM) materials. For instance, HIP post-processing is recommended to improve fatigue resistance of Laser powder bed fusion (PBF-LB) manufactured parts [1, 2]. Even though HIP cannot completely remove porosity, it significantly decreases the defect population and its average size below the critical threshold value leading to early crack initiation.
In the present study, in-situ investigation of HIP procedure of PBF-LB Ti-6Al-4V parts was carried out to gain further insights into the densification mechanism occurring during HIP. The in-situ observations at high pressure and high temperature are uniquely possible at the PSICHE beamline of the Soleil synchrotron (France), thanks to the Ultrafast Tomography on a Paris-Edinburgh Cell (UToPEC) and the combination of the fast phase-contrast tomography and energy-dispersive diffraction [3, 4]. A detailed methodology was developed to ensure that the correct pressure and temperature were maintained during the experiments.
The results allowed an estimation of the global dentification rate during HIP of PBF-LB Ti-Al-4V material, as well as a detailed quantitative characterization of the influence of pore size and shape on the densification process, thereby understanding the effectiveness of HIP process on different pore categories. After 20 mins, 75% of porosity can be considered as closed or has size below the resolution of the XCT reconstruction. We also observed that the smallest defects showed higher densification rate, while the defect shape did not have significant effect on such rate. The current development of in-situ HIP experiment allows experimental quantification and validation of the simulation work. Ultimately it paves the road to tailoring the HIP procedure for different materials depending on the porosity and microstructure.
Mit Hilfe des HIP-Verfahrens („Hot Isostatic Pressing“) werden Poren in der einkristallinen Nickel-Basis Superlegierung CMSX-4 kontinuierlich geschrumpft und dadurch die nach der Erstarrung und der Wärmebehandlung vorhandene Porosität stark reduziert. In diesem Beitrag werden experimentelle und numerische Untersuchungen zu den Mechanismen der Porenschrumpfung zusammengefasst. Es zeigt sich, dass das Verformungsverhalten während Kriechversuchen bei der HIP-Temperatur durch Versetzungsgleitung auf oktaedrischen Ebenen dominiert wird.
Dagegen zeigen Messungen der Porositätsabnahme und Simulationen des Porenschließens, dass die Kinetik der Porenschrumpfung durch das Phänomen der Leerstellendiffusion zwischen Poren und Kleinwinkelkorngrenzen („Low Angle Boundary“, LAB) bestimmt wird. Im Gegensatz führt die klassische Kristallviskoplastizität zu einer systematischen Überschätzung dieser Kinetik. Der scheinbare Widerspruch lässt sich auflösen, wenn man bedenkt, dass auf der Skala der Poren Versetzungsquellen nicht gleichmäßig verteilt sind, wie in der konventionellen Kristallplastizität implizit angenommen wird. Stattdessen wird in einem weiterführenden Modell davon ausgegangen, das Kleinwinkelkorngrenzen (LABs) als Versetzungsquellen fungieren, während die Scherspannungen sehr stark in der Nähe der Poren lokalisiert sind, was die Emission von Versetzungen deutlich reduziert.