Mikrostruktur analyse og mekaniske egenskaper av LMD 316L rustfritt stål

Abstract

Denne studien hadde som mål å undersøke morfologien og egenskapene til 316L laget av Laser Metal Deposition for å adressere den underliggende påvirkningen av kjølehastigheter og andre prosessparametere. Videre undersøkelse av dens mekaniske egenskaper og for å sammenligne den med smidd 316L. Undersøkelsen ble utført ved bruk av lys optisk mikroskopi, skanningselektronmikroskopi, energidispersiv spektroskopi, elektrontilbakespreddiffraksjon, Vickers hardhetstester, Charpy v-notch tester og porøsitetsmålinger. LMD-prosessen produserte nesten fullstendig tette metalliske deler med en relativ tetthet på minimum 99,6%. Undersøkelse avdekket homogen austenittisk mikrostruktur med ikke-eksisterende ferrittinnhold på 0,1%. På grunn av mangel på ferritt ble sprekker spredt over hele materialet. Mikrostrukturen så ut som epitaksial vekst av grove søylekorn og cellulære underkorn. Denne retningsbestemte størkningen fra termisk syklus har skapt en anisotropi i mikrostrukturen. Tydelig i strekkverdiene, hvor x- og y-retningen har en total flytegrense på 524,2 ± 7,5 MPa sammenlignet med z-retningen på 418,1 ± 100,8. Imidlertid ga den kontrollerte kornveksten og lave varmetilførselen en kornstørrelse på mellom 32-45 μm, noe som bidro til å ha litt bedre mekaniske egenskaper og hardhet. Charpy-verdiene var konsistente, 114,7 ± 2,3 vinkelrett på byggeretningen og 113,3 ± 6,4 parallelt med byggeretningen.

This study aimed to examine the morphology and properties of 316L made in Laser Metal Deposition to address underlying impact of cooling rates and other processing parameters. Furthermore, investigation into its mechanical properties and to compare it with forged 316L. The investigation was conducted using Light Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy, Energy Dispersive Spectroscopy, Electron Backscattered Diffraction, Vickers hardness tests, Charpy v-notch tests and porosity measurements. The LMD process produced almost fully dense metallic part at a relative density of minimum 99.6%. Examination revealed homogenous austenitic microstructure with non-existing ferrite content of .1%. Due to lack of ferrite, cracks were dispersed throughout the material. Its microstructure looked like epitaxial growth of coarse columnar grains and cellular sub grains. This directional solidification from thermal cycle has created an anisotropy in the microstructure. Evident in the tensile values, where x and y-direction have an overall yield strength of 524.2 ± 7.5 MPa in comparison to z-direction of 418.1 ± 100.8. However, the controlled grain growth and low heat input produced a grain size ranging between 32-45 μm which aided in having slightly greater mechanical properties and hardness. The Charpy values were consistent, 114.7 ± 2.3 perpendicular to build direction and 113.3 ± 6.4 parallel to build direction.