26516

تأثير پارامترهاي فرآيند ساخت افزايشي ذوب ليزري انتخابي بر ريز ساختار و خواص مكانيكي فولاد زنگ نزن 316L

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد

1397

1400/12/23

حميدرضا جعفريان - عليرضا ايواني

امجد سازگار

مهندسي مواد و متالورژي

در اين تحقيق، ريز ساختار و خواص مكانيكي فولاد زنگ نزن L316 ساخته شده به روش فرآيند ساخت افزايشي ذوب ليزري انتخابي بررسي شد. براي اين منظور، ابتدا ذرات پودر فولاد زنگ نزن L316 با مورفولوژي كره در محدوده اندازه 40 -20 ميكرومتر تهيه شد. سپس، براي ساخت افزايشي اين فولاد در سه جهت 0، 45 و 90 درجه از توان در مقادير 225، 255 و 285 وات و سرعت اسكن 700، 800 و 900 ميلي متر بر ثانيه استفاده شد. براي بررسي تحولات ريزساختاري، اندازه گيري تنش پسماند و آناليز فازي از ميكروسكوپ نوري (OM)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و آناليز فازي پراش پرتو ايكس (XRD) استفاده شد. در مرحله بعد، براي بررسي خواص مكانيكي نمونه هاي توليد شده به روش ساخت افزايشي از تست كشش تك محوره در دماي محيط استفاده گرديد. در نهايت، پس از تست كشش، شكست نگاري سطوح شكست بوسيله ميكروسكوپ الكتروني روبشي انجام شد. نتيجه آناليز فازيXRD نشان داد كه فاز غالب و اصلي تشكيل شده در ريزساختار فاز آستنيت (ɣ) است. به نحوي كه پيك هاي فاز آستنيت در زواياي°2/43، °2/50 و °8/73 بترتيب به صفحات (111)، (200) و (220) مربوط بود. با توجه به نتايج بدست آمده از اندازه گيري تنش پسماند مشاهده شد كه تنشي در حدود 200 مگاپاسكال بعنوان تنش پسماند كششي در نمونه ساخت افزايشي شده وجود دارد. بررسي تصاوير ريزساختاري حكايت از اين امر داشت كه ريزساختار نمونه ساخت افزايشي شده شامل دانه هاي ستوني نسبتاٌ بزرگ آستنيت به همراه رشته هاي فريت دلتا مي باشد. دانه هاي ستوني بزرگ در حوضچه مذاب وجود داشته است كه در جهت گراديان حرارتي رشد كرده اند. درون اين دانه هاي كشيده شده دندريت هاي ستوني كشيده شده و دندريت هاي هم محور بوده و رشته هاي بسيار باريك فريت دلتا در بين شاخه هاي دندريتي نيز تشكيل شده بود. نتايج حاصل از تست كشش نشان داد كه در بين هر سه زاويه 0، 45 و 90 درجه، با افزايش زاويه، استحكام و كرنش شكست به شدت كاهش يافته است. همچنين، با افزايش توان از 225 به 285 وات، استحكام تسليم و استحكام كششي افزايش يافته اما در مقابل، كرنش شكست نيز كاهش يافته است. از طرف ديگر، با افزايش سرعت اسكن از 700 به 900 ميلي متر بر ثانيه، استحكام تسليم، استحكام كششي و كرنش شكست بطور همزمان افزايش يافته بود. شكست نگاري سطوح شكست بعد از تست هاي كشش نشان داد كه در تست كشش، همه نمونه ها يك شكست كاملا نرم را تجربه كرده اند.

1401/03/02

Effect of selective Laser Melting (SLM) Process Parameters on Microstructure and Mechanical Properties of 316L Stainless Steel

3/14/2023 12:00:00 AM

In this research, the microstructure and mechanical properties of 316L stainless steel processed by selective laser melting additive manufacturing process were investigated. For this purpose, first 316L stainless steel powder particles with spherical morphology in the size range of 20-40 μm were prepared. Then, for additive manufacturing of this steel in three directions 0, 45 and 90 angless, power in 225, 255 and 285 V and scan speeds of 700, 800 and 900 mm / s were used. Optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analysis were used to study microstructural changes, residual stress measurements and phase analysis. In the next step, uniaxial tensile test at ambient temperature was used to investigate the mechanical properties of the additive manufactured samples. Finally, after tensile testing, fracture surfaces were mapped by scanning electron microscopy. The result of XRD phase analysis showed that the dominant and main phase formed in the microstructure of the austenite phase (ɣ). The austenite phase peaks at angles of 43.2 °, 50.2 ° and 73.8 ° were related to (111), (200) and (220) planes, respectively. From the results obtained from the measurement of residual stresses, it was observed that there is a stress of about 200 MPa as the tensile residual stress in the additive manufactured sample. Examination of the microstructural images indicated that the microstructure of the additive manufactured specimen consisted of relatively large columnar grains of austenite with delta ferrite strings. There were large columnar grains in the molten pool that grew in the direction of the thermal gradient. Inside these elongated grains were columnar and coaxial dendrites, and very thin delta ferrite strands were formed between the dendritic branches. The results of the tensile test showed that between all three angles 0, 45 and 90 degrees, with increasing angle, the strength and strain of the fracture decreased sharply. Also, with increasing power from 225 to 285 V, the yield strength and tensile strength increased but in contrast, the strain of fracture also decreased. On the other hand, with increasing scan speed from 700 to 900 mm / s, yield strength, tensile strength and fracture strain increased simultaneously. Fractography of fracture surfaces after tensile tests showed that in the tensile test, all specimens experienced a completely soft fracture.

فولاد زنگ نزن 316L , ساخت افزايشي , ذوب ليزري انتخابي , خواص مكانيكي , تحولات ريزساختاري , تنش هاي پسماند , شكست نگاري

316L stainless steel , Additive manufacturing , selective laser melting , Mechanical properties , Microstructural developments , Residual stresses , Fractography

Mohammad Fakhrzadeh

Hamidreza Jafarian , Alireza Eivani