Mechanical and plastic properties of elements made of steel X5CrNiCuNb16-4 using the selective laser melting technique (SLM)

• Autorzy: Hyc-Dadak Katarzyna , Sobków Damian , Pawlicki Jacek , Filipowicz Krzysztof , Kawiak Michał

Identyfikatory

DOI

10.17729/ebis.2023.4/1

Warianty tytułu

PL

Własności wytrzymałościowe i plastyczne elementu ze stali X5CrNiCuNb16-4 wytwarzanego techniką selektywnego przetapiania laserowego SLM

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents results of tests performed using an MCP HEK Realizer II system applied in the selective laser melting (SLM) of metallic powders. Specimens subjected to the SLM process were made of powder, the chemical composition of which corresponded to that of solid steel X5CrNiCuNb16-4. The material was subjected to mechanical tests (concerning tensile and impact strength) and compared with the properties of the solid steel. The research-related tests also involved microstructural observations involving the use of a Neophot 32 metallographic microscope (Zeiss) and fractographic analysis. The tests revealed that the mechanical properties of the printed material subjected to the SLM process were lower (R0.2 by 45% and Rm by 35%) than those of the solid material and were determined by the properties of the metallic matrix and the porosity of the printed element, the average value of which amounted to 3%. The mechanical properties of the printed material were also significantly affected by the direction of the external load in relation to the orientation of the deposited layers of the material (which was demonstrated during impact bend tests). The summary contains the assessment of the tests and the presentation of advantages resulting from the application of the new technology enabling the volumetric consolidation of metallic powder.

PL

W publikacji zaprezentowano wyniki prób realizowanych na urządzeniu MCP HEK Realizer II, służącym do selektywnego topienia proszków metalicznych z użyciem lasera (SLM). Próbki stapiane z zastosowaniem technologii SLM wykonano z proszku odpowiadającego składowi chemicznemu stali litej gatunku X5CrNiCuNb16-4. Otrzymany materiał poddano badaniom mechanicznym w próbach rozciągania, udarności i porównano z właściwościami stali litej. Przeprowadzono także badania mikrostrukturalne otrzymanych materiałów za pomocą mikroskopu metalograficznego Zeiss Neophot 32 oraz dokonano analizy postaci przełomu. Badania wykazały, że własności mechaniczne wydruku po stapianiu laserowym są niższe, odpowiednio o 45% dla R0,2, oraz o 35% dla Rm w odniesieniu do materiału litego i są zdeterminowane własnościami osnowy metalicznej i porowatością wydruku, której średnia wartość wyniosła 3%. Własności mechaniczne wydruku zależą również istotnie od kierunku działania zewnętrznego obciążenia względem orientacji nakładanych warstw materiału, co udowodniono w próbach udarowego zginania. W podsumowaniu dokonano oceny przebiegu prób oraz korzyści, wynikających z zastosowania nowej technologii konsolidacji objętościowej proszku metalicznego.

Słowa kluczowe

EN

SLM process; metallic powders; tensile; impact strength; stainless steel; selective laser melting

PL

proces SLM; proszki metaliczne; rozciąganie; stal nierdzewna; selektywne przetapianie laserowe; wytrzymałość na uderzenie

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 67, No. 4
• Strony: 5--12
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Hyc-Dadak Katarzyna

• Łukasiewicz Research Network – Upper Silesian Institute of Technology – Welding Centre

autor

Sobków Damian

• West Pomeranian University of Technology; Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics, PoliTest Laboratory

autor

Pawlicki Jacek

• Silesian University of Technology, Faculty of Transport and Aviation Engineering, Department of Railway Transport

autor

Filipowicz Krzysztof

• West Pomeranian University of Technology; Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics, Department of Manufacturing Technologies

autor

Kawiak Michał

• West Pomeranian University of Technology; Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics, PoliTest Laborator

Bibliografia

• [1] Kruth J.P.: Material lncreass Manufacturing by Rapid Prototyping Techniques, ClRP Annals, 1991, vol. 40, no. 2, pp. 603-614.
• [2] Silbernagel C., Ashcroft I., Dickens P., Galea M.: Electrical resistivity of additively manufactured AlSi10Mg for use in electric motors. Additive Manufacturing, 2018, vol. 21, pp. 395-403.
• [3] Gogolewski D., Kozior T., Zmarzły P., Mathia T.G.: Morphology of Models Manufactured by SLM Technology and the Ti6Al4V Titanium Alloy Designed for Medical Applications. Materials, 2021, vol. 14, no. 21.
• [4] Giganto S., Martínez-Pellitero S., Barreiro J., Leo P., Castro-Sastre A.: Impact of the laser scanning strategy on the quality of 17-4PH stainless steel parts manufactured by selective laser melting. Journal of Materials Research and Technology, 2022, vol. 20, pp. 2734-2747.
• [5] Chang Ch., Liao H., Yi L., Dai Y., Cox S., Yan M., Liu M., Yan X.: Achieving ultra-high strength and ductility in Mg–9Al–1Zn–0.5Mn alloy via selective laser melting. Advanced Powder Materials, 2023, vol. 2, no. 2.
• [6] Tel A., Bordon A., Sortino M., Totis G., Fedrizzi L., Ocello E., Sembronio S., Robiony M.: Current Trends in the Development and Use of Personalized Implants: Engineering Concepts and Regulation Perspectives for the Contemporary Oral and Maxillofacial Surgeon. Bioengineering Tools Applied to Oral and Maxillofacial Surgery. Applied Sciences, 2021, vol. 11, no. 24.
• [7] Deja M., Zieliński D., Zuhra Abdul Kadir A., Siti Nur Humaira.: Applications of Additively Manufactured Tools in Abrasive Machining – A Literature Review. Materials, 2021, vol. 14, no. 5.
• [8] Scognamiglio C., Borrelli R., Capece A., Caputo F., Franchitti S., Buono M.: Additive Manufacturing Re-designs the Industry. Part of the Lecture Notes in Networks and Systems book series, vol. 277, 2021.
• [9] Benedyk M., Król M., Tański T.: Application of the SLM technology to sheet metal dies. Instal, 2021.
• [10] Dalpadulo E., Petruccioli A., Gherardini F., Gherardini F.: A Review of Automotive Spare-Part Reconstruction Based on Additive Manufacturing. Manufacturing Materials Processing, 2022, vol. 6, no. 6.
• [11] Hai Alami A., Ghani Olabi A., Alashkar A., Alasad S., Aljaghoub H., Rezk H., Abdelkareem M.: Additive manufacturing in the aerospace and automotive industries: Recent trends and role in achieving sustainable development goals. Ain Shams Engineering Journal, 2023, vol. 14, no. 11.
• [12] Önöral Ö., Abugofa A.: Advancements in 3D Printing Technology: Applications and Options for Prosthetic Dentistry. Cyprus J Med Sci, 2020, vol. 5, no. 2, pp. 176-182.
• [13] Facchini L., Magalini E., Robotti P., Molinari A., Hoges S., Wissenbach K.: Rapid Prototyping J., 2010, vol. 16, pp. 450-459.
• [14] Sercombe T., Jones N., Day R., Kop A.: Rapid Prototyping J., 2008, vol. 14, pp. 300-304.
• [15] Vilaro T., Colin C., Bartout J.D.: Metall. Mater. Trans. A 42A, 2011, pp. 3190-3199.
• [16] Karapatis N.P., Egger G., Gygax P.E., Glardon G.: Optimization of Powder Layer Density in Selective Laser Sintering. in Proc. Of the 9th Solid Freeform Fabrication Symposium, Austin USA, 1999.
• [17] Karapatis N.P.: A sub-process approach of selective laser sintering. Ecole Polytechnique fédérale de Lausanne EPFL, 2002.
• [18] McGeary R.K.: Mechanical Packing of Spherical Particles. Journal of the American Ceramic Society,1961, vol. 44, no. 10, pp. 513-522.
• [19] Nandhakumar R., Venkatesan K.: A process parameters review on selective laser melting-based additive manufacturing of single and multi-material: Microstructure, physical properties, tribological, and surface roughness. Materials Today Communications, 2023, vol. 35.
• [20] Gao B., Zhao H., Peng L., Sun Z.: A Review of Research Progress in Selective Laser Melting (SLM). Micromachines, 2023, vol. 14, no. 1.
• [21] Kolan C.R., Leu M.C., Hilmas G.E., Velez M.: Effect of material, process parameters, and simulated body fluids on mechanical properties of 13-93 bioactive glass porous constructs made by selective laser sintering. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2012, vol. 13, pp. 14-24.
• [22] Yadroitsev I., Smurov I.: Surface morphology in selective laser melting of metalpowders lasers, in: Manufacturing 2011 (ed.), Proceedings of the SixthInternational, Wlt Conference on Lasers in Manufacturing, vol. 12, Pt A, Amsterdam, Elsevier Science Bv, 2011.
• [23] Stwora A.: Optymalizacja procesu wytwarzania metodami przyrostowymi SLS/SLM ze względu na wybrane własności fizyczne wykonywanych elementów. Rozprawa doktorska, Warszawa 2019.
• [24] Mazurkiewicz A., Nędzi B.: Ocena jakości wykonania wybranego element z proszków metali metodą laserowego wytwarzania przyrostowego. Autobusy, 2016, vol. 12.