The effect of manufacturing parameters on the mechanical properties of L-PBF produced 420 stainless steel
Rajala, Lari (2021)
Kandidaatintyö
2021
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021052030856
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021052030856
Tiivistelmä
The aim of this bachelor’s thesis is to find how manufacturing parameters affect the mechanical properties of laser powder bed fusion (L-PBF) manufactured 420 stainless steel. The thesis is conducted as a literature review. In the thesis, the mechanical properties of wrought 420 stainless steel, the manufacturing parameters in L-PBF, and the mechanical properties of L-PBF manufactured 420 stainless steel in literature are discussed.
420 stainless steel has a martensitic microstructure, thus, it comprises good tensile strength and corrosion properties. Laser power P, scan speed v, layer thickness t, and hatch distance h are chosen as manufacturing parameters along with their combination volumetric energy density Ev.
It was found that with L-PBF it is possible to produce 420 stainless steel that has comparable mechanical properties to wrought 420 stainless steel. By increasing the Ev, the tensile strength of L-PBF produced 420 increases too, however, it did not seem to have significant effect on the hardness values. The other parameters were also important as their improper selection may lead to defects such as keyhole porosity or lack-of-fusion. Tämän kandidaatintyön tarkoituksena oli selvittää valmistusparametrien vaikutus laser-jauhepetisulatetun (L-PBF, eng. laser powder bed fusion) ruostumattoman teräksen 420 mekaanisiin ominaisuuksiin. Työ suoritettiin kirjallisuuskatsauksena ja siinä selvitettiin perinteisillä menetelmillä valmistetun ruostumattoman teräksen 420 mekaaniset ominaisuudet, L-PBF:n valmistusparametrit sekä aiemmissa tutkimuksissa havaitut L-PBF valmistetun ruostumattoman teräksen 420 mekaaniset ominaisuudet.
Ruostumaton teräs 420 on martensiittinen ruostumaton teräs, joka on lujaa sekä korroosionkestävää. Valmistusparametreiksi todettiin lasersäteen teho P, skannausnopeus v, kerrospaksuus t ja skannausetäisyys h, sekä näistä laskettava tilavuudellinen energiatiheys Ev.
Aiemmista tutkimuksista havaittiin, että L-PBF:llä voidaan valmistaa ruostumatonta terästä 420, jonka mekaaniset ominaisuudet vastaavat perinteisillä menetelmillä valmistettua ruostumatonta terästä 420. Tilavuudellisen energiatiheyden Ev kasvattaminen parantaa L-PBF-tulostetun ruostumattoman teräksen 420 lujuusominaisuuksia, mutta sillä ei näytä olevan vaikutusta kovuuteen. Muut parametrit ovat myöskin tärkeitä, koska muutoin voi esiintyä valmistusvirheitä kuten avaimenreikähuokoisuutta tai puutteellisen yhteen-sulamisen aiheuttamaa huokoisuutta.
420 stainless steel has a martensitic microstructure, thus, it comprises good tensile strength and corrosion properties. Laser power P, scan speed v, layer thickness t, and hatch distance h are chosen as manufacturing parameters along with their combination volumetric energy density Ev.
It was found that with L-PBF it is possible to produce 420 stainless steel that has comparable mechanical properties to wrought 420 stainless steel. By increasing the Ev, the tensile strength of L-PBF produced 420 increases too, however, it did not seem to have significant effect on the hardness values. The other parameters were also important as their improper selection may lead to defects such as keyhole porosity or lack-of-fusion.
Ruostumaton teräs 420 on martensiittinen ruostumaton teräs, joka on lujaa sekä korroosionkestävää. Valmistusparametreiksi todettiin lasersäteen teho P, skannausnopeus v, kerrospaksuus t ja skannausetäisyys h, sekä näistä laskettava tilavuudellinen energiatiheys Ev.
Aiemmista tutkimuksista havaittiin, että L-PBF:llä voidaan valmistaa ruostumatonta terästä 420, jonka mekaaniset ominaisuudet vastaavat perinteisillä menetelmillä valmistettua ruostumatonta terästä 420. Tilavuudellisen energiatiheyden Ev kasvattaminen parantaa L-PBF-tulostetun ruostumattoman teräksen 420 lujuusominaisuuksia, mutta sillä ei näytä olevan vaikutusta kovuuteen. Muut parametrit ovat myöskin tärkeitä, koska muutoin voi esiintyä valmistusvirheitä kuten avaimenreikähuokoisuutta tai puutteellisen yhteen-sulamisen aiheuttamaa huokoisuutta.