Selective Laser Melting of H13-TiB2 metal matrix composites - the role of volumetric energy density

• Autorzy: Grzesiak Dariusz , AlMangour Bandar , Figiel Paweł , Fryska Sebastian

Warianty tytułu

PL

Selektywne stapianie laserowe kompozytu w osnowie metalicznej H13-TiB2 - wpływ objętościowej gęstości energii

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents an analysis of the impact of the volumetric energy density delivered during the Selective Laser Melting (SLM) of a mixture of H13 tool steel powder and microcrystalline TiB2 , on the properties of the obtained metallic matrix composite. The results of measurements of density and hardness as well as microscopic analysis of six variants of the obtained composite, differing in the value of energy density provided by the laser beam and the number of passes of this beam on each fused layer, are presented. The results show that, in the case of a metallic matrix composite, the increase in the volumetric energy density supplied during the SLM process can lead to the deterioration of the material properties.

PL

Artykuł przedstawia analizę wpływu objętościowej gęstości energii dostarczanej podczas selektywnego stapiania laserowego mieszaniny proszku stali H13 oraz mikrokrystalicznego TiB2 na właściwości uzyskanego w ten sposób kompozytu w osnowie metalicznej. Przedstawiono wyniki pomiarów gęstości i twardości oraz analizę mikroskopową sześciu wariantów otrzymanego kompozytu, różniących się wartością gęstości energii dostarczonej przez wiązkę lasera i ilością przejść tej wiązki na każdej stapianej warstwie. Wyniki pokazują, że w przypadku kompozytu w osnowie metalicznej zwiększanie objętościowej gęstości energii dostarczanej przy stapianiu może prowadzić do pogorszenia właściwości materiału.

Słowa kluczowe

EN

H13 tool steel; TiB2; SLM; Selective Laser Melting; volumetric energy density

PL

stal narzędziowa H13; TiB2; SLM; selektywne stapianie laserowe; objętościowa gęstość energii

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2019
• Tom: no. 1
• Strony: 47--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Grzesiak Dariusz

• Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics, West Pomeranian University of Technology Szczecin, Poland

autor

AlMangour Bandar

• Saudi Arabia Basic Industries Corporation, Jubail, Saudi Arabia

autor

Figiel Paweł

• Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics, West Pomeranian University of Technology Szczecin, Poland

autor

Fryska Sebastian

• Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics, West Pomeranian University of Technology Szczecin, Poland

Bibliografia

• 1. Shackelford J.F., Han Y.H., Kim S., Kwon S.H.: CRC Materials Science and Engineering Handbook. Boca Raton: CRC Press, 2015.
• 2. Krauss G.: Steels: Processing, Structure, and Performance. Materials Park: ASM International, 2015.
• 3. Hashmi S.: Comprehensive Materials Processing. Elsevier, 2014.
• 4. Ibrahim I., Mohamed F., Lavernia E.: Particulate reinforced metal matrix composites - a review. Journal of Materials Science, 1991, 26, pp. 1137-1156.
• 5. Tjong S.C.: Novel nanoparticle-reinforced metal matrix composites with enhanced mechanical properties. Advanced Engineering Materials, 2007, 9, pp. 639-652.
• 6. Akhtar F.: Microstructure evolution and wear properties of in situ synthesized TiB2 and TiC reinforced steel matrix composites. Journal of Alloys and Compounds, 2008, 459, pp. 491-497.
• 7. Jiang W., Molian P.: Nanocrystalline TiC powder alloying and glazing of H13 steel using a CO2 laser for improved life of die-casting dies. Surface and Coatings Technology, 2001, 135, pp. 139-149.
• 8. Kruth J.P., Mercelis P., Van Vaerenbergh J., Froyen L., Rombouts M.: Binding mechanisms in selective laser sintering and selective laser melting. Rapid Prototyping Journal, 2005, 11, pp. 26-36.
• 9. Rombouts M., Kruth J.P., Froyen L., Mercelis P.: Fundamentals of selective laser melting of alloyed steel powders. CIRP Annals – Manufacturing Technology, 2006, 55, pp. 187-192.
• 10. Uklejewski R., Winiecki M., Rogala P., Mielniczuk J.: Selective laser melted prototype of original minimally invasive resurfacing hip endoprosthesis. Rapid Prototyping Journal, 2011, 17, pp. 76-85.
• 11. AlMangour B., Grzesiak D, Yang J.M.: Selective laser melting of TiB2 /H13 steel nanocomposites: Influence of hot isostatic pressing post-treatment. Journal of Materials Processing Technology, 2017, 244, pp. 1-10.
• 12. AlMangour B., Yu F., Yang J.M., Grzesiak D.: Selective laser melting of TiC/H13 steel bulkform nanocomposites with variations in processing parameters. MRS Communications, 2017, 7, pp. 84-89.
• 13. AlMangour B., Grzesiak D., Yang J.M.: Nanocrystalline TiC-reinforced H13 steel matrix nanocomposites fabricated by selective laser melting. Materials and Design, 2016, 96, pp. 150-161.
• 14. Deirmina F., AlMangour B., Grzesiak D., Pellizzari M.: H13–partially stabilized zirconia nanocomposites fabricated by high-energy mechanical milling and selective laser melting. Materials and Design, 2018, 146, pp. 286-297.
• 15. Vandenbroucke B., Kruth J.P.: Selective laser melting of biocompatible metals for rapid manufacturing of medical parts. Rapid Prototyping Journal, 2007, 13 (4), pp. 196-203.
• 16. Tucho W.M., Lysne V.H., Austbø H., SjolystKverneland A., Hansen V.: Investigation of effects of process parameters on microstructure and hardness of SLM manufactured SS316L. Journal of Alloys and Compounds, 2018, 740, pp. 910-925.
• 17. Zhang B., Bi G., Nai S., Sun Ch.N., Wei J.: Microhardness and microstructure evolution of TiB2 reinforced Inconel 625/TiB2 composite produced by selective laser melting. Optics & Laser Technology, 2016, 80, pp. 186-195.
• 18. Simchi A., Asgharzadeh H.: Densification and microstructural evaluation during laser sintering of M2 high speed steel powder. Journal of Materials Science & Technology, 2004, 20, pp. 1462-1468.
• 19. Gu D., Shen Y., Fang S., Xiao J.: Metallurgical mechanisms in direct laser sintering of Cu-CuSn-CuP mixed powder. Journal of Alloys and Compounds, 2007, 438, pp. 184-189.
• 20. Prashanth K.G., Scudino S., Maity T., Das J., Eckert J.: Is the energy density a reliable parameter for materials synthesis by selective laser melting? Materials Research Letters, 2017, 5, pp. 386-390.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).