Specific Characteristics of Materials Produced by Additive Manufacturing as Compared to Those Produced by Established Manufacturing Methods taking the Example of Alloy 718
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J. Musekamp
Abstract
Micrographs of metallographic sections show that additive manufacturing, with its local heat input and rapid cooling rates, brings about microstructures in metal components that differ from those generated in conventional manufacturing processes, such as casting or forging. The example of samples/components made from the material Alloy 718 and manufactured using a laser (Laser Powder Bed Fusion, abbr.: LPBF, designation according to DIN EN ISO ASTM 52900 [1]) shows a very low coarsely distributed porosity. The porosity is limited to the gas porosity already introduced during the atomization step of the powder manufacturing process. As opposed to the microstructure of conventionally produced Alloy 718, the precipitates formed are very small and can only be revealed in the light microscope when high magnifications are applied. Evenly distributed, cruciform γ” precipitates are formed. The grain structure is formed independent of the LPBF-typical melting zones. Isolated dendritic structures can be observed at the interfaces of the melting zones. In the samples manufactured by LPBF, grain structures in the longitudinal section differ from those in the cross section: It can be observed that the grains are elongated in the build direction, which explains the anisotropic behavior of the materials in the tensile test. The width of the melting zones and the laser track spacing can easily be measured in the cross section, while the depth of the melting zones is well recognizable in the longitudinal section. Mechanical properties such as those found in cast or forged Alloy 718 are already present in the stress relief annealed condition.
Kurzfassung
Bei der Fertigung von additiven Metallbauteilen zeigen sich durch lokale Wärmeeinbringung und schnelle Abkühlraten im Schliffbild andere Gefüge als es von herkömmlichen Fertigungsverfahren, wie Gießen oder Schmieden, bekannt ist. Am Beispiel mittels pulverbettbasiertes Schmelzen Laser (Laser Powder Bed Fusion, Abk.: LPBF, Bezeichnung nach DIN EN ISO ASTM 52900 [1]) hergestellter Proben bzw. Bauteile des Werkstoffs Alloy 718 ist die beobachtbare, sehr geringe Porosität grob verteilt und beschränkt sich auf Gasporosität, die schon beim Verdüsungsprozess im Herstellungsprozess des Pulvers eingebracht wird. Die sich bildenden Ausscheidungen sind im Vergleich zum Gefüge herkömmlich hergestellten Alloy 718 sehr klein und können unter dem Lichtmikroskop nur mit einer hohen Vergrößerung sichtbar gemacht werden. Es bilden sich gleichmäßig verteilte, kreuzförmige γ”-Ausscheidungen. Die Kornstruktur bildet sich unabhängig von den für das LPBF-Verfahren typischen Aufschmelzzonen aus. An den Grenzflächen der Aufschmelzzonen sind einzelne dendritische Strukturen erkennbar. Die mittels LPBF gefertigten Proben zeigen unterschiedliche Kornstrukturen im Längs- und im Querschliff: Es ist feststellbar, dass die Körner in Aufbaurichtung gestreckt sind, was das anisotrope Verhalten der Werkstoffe im Zugversuch erklärt. Die Breite der Aufschmelzzonen und der Laserbahnabstand sind im Querschliff gut zu vermessen, während im Längsschliff die Tiefe der Aufschmelzzonen gut zu erkennen ist. Die mechanischen Eigenschaften liegen bereits im spannungsarmgeglühten Zustand im Bereich von gegossenem bzw. geschmiedetem Alloy 718.
References / Literatur
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