Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Microstructure and mechanical properties of Titanium grade 23 produced by selective laser melting

Nikiel Piotr, Wróbel Mirosław, Szczepanik Stefan, Stępień Michał, Wierzbanowski Krzysztof, Baczmański Andrzej

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2021

|

Vol. 21, no. 4

294--309

EN

Selective laser melted Titanium grade 23 was characterized by low porosity, relatively large surface roughness and pronounced surface texture (i.e. surface grooves orientation). The band/layer microstructure was built of mixed α and β phases. The as printed structure exhibited very high compressive residual stresses with strong anisotropy (i.e., − 512 ± 17 MPa and − 282 ± 14 MPa along the laser scanning direction and along the transverse direction, respectively) and strong fiber crystallographic texture. The latter one is responsible for the anisotropy of hardness in the material. Annealing at 600 °C during four hours significantly removed residual stresses (i.e. to − 14 ± 2.8 MPa) and slightly weakened the texture. Yield strength, 1120 ± 50 MPa, and ultimate tensile strength, 1210 ± 50 MPa, of the annealed material are significantly higher and tensile elongation, 3.9%, lower than for commercial Titanium grade 23. Final mechanical polishing to obtain flat and relatively smooth surface induced desired compression residual stress in the subsurface (i.e., equal to about − 90 MPa). Low absorbed gas contents (oxygen, nitrogen, hydrogen) and low porosity of the printed material indicates the correctness of the technology and allows the printed material to be classified as meeting the requirements of ASTM standards for Titanium grade 23. Besides traditional testing techniques, the optical profilometry, X-ray analysis (texture and residual stresses measurement) and infrared absorption method were applied for the product characterization and some potential of these testing methods and usefulness in technological practice was discussed, what can be particularly interesting both to practitioners from industry and researches from scientific laboratories.

2

Influence of Structural Characteristics on the Mechanical Properties of FDM Printed PLA Material

Szczepanik Stefan, Nikiel Piotr

Journal of Casting & Materials Engineering

|

2020

|

Vol. 4, no. 1

1--8

EN

The present study reports on the influence of printing process parameters, architecture, raster, infill orientation and filling on the density, macrostructure, and mechanical properties, including impact resistance, of biodegradable polymer parts fabricated in polylactide (PLA) on a desktop printer. It complements and considers phenomenologically the results of recently published similar studies, including the use of recycled filament. In our study, complex mechanical properties for the samples printed at the same time on a Replicator 2 printer were investigated. Three samples were printed for each test. Full mechanical characteristics (tensile, compression and bend strengths and impact resistance) of the printed PLA material are reported. This is the novelty in comparison to other studies, where the samples test were printed individually or in a series for each test. The shape and thickness of the layered macrostructure, the presence of holes inside the layers, the number of shell perimeters and the fill density all influenced the tensile properties of the printed materials. These results show the possibility of printing with a 0.3, i.e. shorter printing time than 0.1, 0.15 and 0.18 mm layer thicknesses also reported, without significant decrease in mechanical properties. It is interesting to note that the compressive strengths, the yield of 70–80 MPa and a UTS 113–120 MPa for the printed material with a fill density of 94–96% are comparable with those of aluminum.

3

Wybrane własności mechaniczne wyciskanych i ciągnionych kompozytów Al-SiCp otrzymanych z proszków

Nikiel Piotr, Szczepanik Stefan, Bednarczyk Piotr

Obróbka Plastyczna Metali

|

2019

|

T. 30, nr 1

7--22

PL

Przedstawiono wyniki badań wpływu wielkości odkształcenia na zimno, zadanego podczas ciągnienia, na własności mechaniczne kompozytów na osnowie aluminium wzmacnianego cząstkami SiC. Materiały do badań wytworzono w procesie wyciskania na gorąco wyprasek otrzymanych przez prasowanie na zimno mieszanek proszków Al i SiC. Udział objętościowy cząstek SiC wynosił 5 i 10%. Dla porównania badanych własności wytworzono także próbki tylko z proszku aluminium. Odkształcenie na zimno aluminium i wytworzonych kompozytów realizowano w procesie ciągnienia, po przetoczeniu próbek ze średnicy 18 mm na średnicę 17 mm. Ciągnienie przeprowadzono na ciągarce ławowej z zastosowaniem oczek ciągarskich o średnicach 16, 14 i 12,2 mm. Własności mechaniczne wytworzonych materiałów badano w stanie po wyciskaniu oraz po każdym przejściu w procesie ciągnienia. Granica plastyczności aluminium i kompozytów Al-SiC w stanie po wyciskaniu jest porównywalna i zawiera się w przedziale 60–66 MPa. Podobnie jest w przypadku wytrzymałości na rozciąganie tych materiałów, która wyniosła 82–94 MPa. W rezultacie zastosowanego ciągnienia wytworzonych materiałów uzyskano znaczny wzrost granicy plastyczności, wytrzymałości na rozciąganie oraz twardości, który jest zależny od wielkości odkształcenia na zimno. Granica plastyczności aluminium po ciągnieniu na średnicę 12,2 mm wzrosła z 60 do 132 MPa, a kompozytów Al-5SiC i Al-10SiC wzrosła odpowiednio z 65 do 146 MPa i z 66 do 140 MPa. Wytrzymałość na rozciąganie aluminium po ciągnieniu na najmniejszą średnicę wzrosła z 94 do 139 MPa, a kompozytów o zawartości 5% i 10% SiC wzrosła odpowiednio z 93 do 149 MPa i z 82 do 136 MPa. Wprowadzenie cząstek SiC do aluminiowej osnowy o twardości 23 HV spowodowało wzrost twardości do wartości powyżej 29 HV, a po ciągnieniu na 12,2 mm twardość wzrosła do 43 i 46 HV odpowiednio dla materiałów o zawartości 5 i 10% SiC.

EN

The effects of cold drawing on mechanical properties of Al–(5 and 10%)SiC composites, manufactured by hot extrusion of cold pressed powder mixture preforms, are reported. To assess the effect of SiC powder additions, similarly processed aluminium powder specimens were tested. The drawing was of 17 mm diameter machined extruded rods on a chain drawnbench with 16, 14 and 12.2 mm diameter dies. Tensile and compressive properties were investigated after extrusion and after each pass of the drawing process. The yield stress of aluminum and Al-SiC composites after extrusion is comparable and is in the range 60-66 MPa. Similarly is, in the case of the tensile strength of these materials, which was 82-94 MPa. As a result of the drawing process, a significant increase in yield strength, tensile strength and hardness was obtained, dependent on the strain during drawing. The yield strength of aluminum after drawing to a diameter of 12.2 mm increased from 60 to 132 MPa and for composites Al-5SiC and Al-10SiC increased respectively from 65 to 146 and from 66 to 140 MPa. The tensile strength of aluminum after drawing to the smallest diameter increased from 94 to 139 MPa, and for composites with 5% SiC and 10% SiC increased from 93 to 149 and from 82 to 136 MPa, respectively. The addition of 5 and 10% SiC particles to the aluminum matrix increase the hardness from 23 to values above 29 HV and after drawing to a diameter 12.2 mm, it increased to 43 and 46 HV for material with 5 and 10% SiC, respectively.

4

Additive manufacturing in assisting planning of prototyping and closed – die forging

Szczepanik Stefan, Nikiel Piotr

Computer Methods in Materials Science

|

2019

|

Vol. 19, No. 3

131--137

EN

The steps in the current additive manufacturing processing sequence are: conceptualization and CAD, conversion to STL, transfer and manipulation of STL file on an AM machine, machine setup, prototyping (additive manufacturing) of part, removal from machine and clean up, post-processing of the part. Modifications can be then made to satisfy the criteria of shape, stress and strain state and temperature distribution during processing. An example of this procedure is presented for a cup holder printed in 2 polymers. Modification to this procedure for metal printing is now presented: initially printing a polymer prototype. The methodology of planning the prototyping process and of closed die forging technology by applying 3D printing are described. For a con rod: preform, die and the forging models, based on CAD documentation and STL file, were initially 3D printed from a polymer in processing steps. Optimization was carried out prior to the expensive metal printing. It is shown that to optimize shape of the manufactured part, simulation is a key step of planning prototyping and forging technology.

PL

Prototypowanie i projektowanie kucia matrycowego z zastosowaniem druku 3D składa się z następujących etapów: opracowanie koncepcji i modelu CAD, konwertowanie modeli CAD do formatu STL, definiowanie parametrów druku, drukowanie i obróbka wykańczająca wydruku. Modyfikowanie modeli odbywa się przy założonych kryteriach dotyczących kształtu, stanu naprężenia i odkształcenia oraz rozkładu temperatury. Przedstawiono procedurę wykonania prototypu uchwytu na kubek z dwóch polimerów oraz opracowanie procesu kucia matrycowego odkuwki korbowodu. Zastosowano metodę Riebielskiego do projektowania procesu kucia matrycowego korbowodu z przedkuwki walcowanej. Opracowano dokumentację CAD wyrobu, przedkuwki, odkuwki oraz matryc do kucia. Poprawność opracowanej technologii weryfikowano z zastosowaniem programu Simufact Forming. Po dokonanych korektach przedkuwki uzyskano spełnienie kryteriów i wykonano w technologii druku 3D model matryc, modele przedkuwki i odkuwki korbowodu. Wykazano, że symulacja jest kluczowa do optymalizowania kształtu wyrobów przy opracowaniu prototypów i technologii kucia.