Mehrskalige Korrelation zwischen Defekten und Spannungen in additiv gefertigten Strukturen aus Edelstahl 316L (1.4404)
| العنوان: | Mehrskalige Korrelation zwischen Defekten und Spannungen in additiv gefertigten Strukturen aus Edelstahl 316L (1.4404) |
|---|---|
| المؤلفون: | Ulbricht, Alexander |
| سنة النشر: | 2023 |
| مصطلحات موضوعية: | Rapid Prototyping (Fertigung), Edelstahl, 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten, Neutronenbeugung, ddc:620, Selektives Laserschmelzen, Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung, Computertomografie |
| الوصف: | Additive Manufacturing of metals has become relevant for industrial applications. The near net-shape production of components produced by Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB/M) enables new possibilities in component design combined with a reduction of the amount of needed material. Omitting the extra material, that was part of conventionally produced components due to machining constraints, results in components which in consequence lack the inherent additional safety margins provided by the higher material consumption of conventionally produced components. Therefore, to use PBF-LB/M metals in safety critical applications an in-depth understanding of porosity and internal stresses in parts made by PBF-LB/M is needed. Only non-destructive testing methods—such as computed tomography and residual stress analysis using neutrons—enable the assessment of porosity and stresses in the whole part. In this thesis I tackled creep and tensile static deformed specimens to fill research gaps in this field in terms of analysing PBF-LB/M stainless steel AISI 316L: from structural properties to in-situ behaviour. The initial void population of AISI 316L is studied using X-ray and synchrotron micro computed tomography. Specimens produced with different process parameters were analysed to quantify the influence of process parameters on the initial void population. The possibility to close voids using the laser illumination of subsequent layers is discussed by a quantitative study of the ability of the laser to melt different multiples of the applied layer thickness. The formation of internal stress is inherent to components produced by the PBFLB/ M process. These stresses remain in the components after production as residual stresses. In this thesis a study is presented which aims to unravel the mechanisms that define the spatial distribution of the residual stresses, and their magnitude. In the end, the population of internal voids during mechanical testing is studied by X-ray micro computed tomography. The evolution of damage accumulation in creep specimens is studied at different stages of the creep test. Results are compared to a creep tested conventionally made specimen and to a PBF-LB/M specimen from a tensile test. An interconnection between the PBF-LB/M microstructure and the pattern of damage is revealed. Die additive Fertigung wird immer relevanter für industrielle Anwendungen. Insbesondere der Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB/M) Prozess ermöglicht die Herstellung endformnaher metallischer Bauteile, die sich durch dadurch auszeichnen, dass sich durch die nahezu grenzenlose Designfreiheit Bauteile realisieren lassen, deren Materialeinsatz auf ein Minimum reduziert werden kann. Diese Reduktion hat aber zur Folge, dass mittels PBF-LB/M produzierten Bauteilen die zusätzliche Bauteilsicherheit fehlt, die konventionell produzierte Bauteile durch ihr „Mehr“ an eingesetztem Material aufweisen können. Daher ist es, um den Einsatz von PBF-LB/M-Bauteilen in sicherheitskritischen Anwendungen zu ermöglichen, umso wichtiger, ein genaues Verständnis über die Porosität und innere Spannungen in PBF-LB/M Bauteilen zu erhalten. Zerstörungsfreie Messmethoden, wie Computertomographie und Spannungsanalyse mittels Neutronenbeugung, ermöglichen es, das gesamte Bauteil zu analysieren. Diese Doktorarbeit setzt sich zum Ziel, das Wissen über Edelstahl AISI 316L aus dem PBF-LB/M Prozess zu vertiefen: von strukturellen Eigenschaften bis zum in-situ Verhalten. Der initiale Anteil an Fehlstellen in PBF-LB/M AISI 316L wird mittels Labor- und Synchrotron Röntgenmikrocomputertomographie quantitativ erfasst. Dafür werden Proben, die mit unterschiedlichen Herstellungsparametern produziert wurden, analysiert, um den Einfluss der Herstellungsparameter auf den Fehlstellenanteil in AISI 316L zu bestimmen. Des Weiteren wird die Möglichkeit, bestehende Fehlstellen durch die Laser-Belichtung der nachfolgenden Schichten zu schließen, diskutiert. Dazu wird die Fähigkeit des Lasers, verschiedene Vielfache der Pulverschichtdicke aufzuschmelzen, quantitativ untersucht. Das Auftreten innerer Spannungen ist eine inhärente Eigenschaft von Bauteilen des PBF-LB/M-Prozesses. Diese inneren Spannungen verbleiben nach dem Bauprozess als Eigenspannungen im Bauteil. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wird untersucht, welche der Mechanismen, die zur Entstehung innerer Spannungen führen, sich wie auf deren räumliche Verteilung im Bauteil auswirken und welche die Größenordnung der Spannungen in AISI 316L bestimmen. Schlussendlich wird das Auftreten interner Fehlstellen und ihre räumliche Verteilung bei werkstoffmechanischen Versuchen untersucht. Dazu wird der Fehlstellenanteil in PBF-LB/M Kriechproben in verschiedenen Stadien von Kriechversuchen mittels Laborröntgencomputertomographie bestimmt. Diese Ergebnisse werden mit Ergebnissen vergleichbar belasteter konventionell hergestellter Kriechproben, sowie mit PBF-LB/M-Zugproben verglichen. Dabei konnte ein Zusammenhang zwischen der Mikrostruktur des PBF-LB/M-Materials und dem Muster der Fehlstellenverteilung hergestellt werden. |
| وصف الملف: | application/pdf |
| اللغة: | English |
| URL الوصول: | https://explore.openaire.eu/search/publication?articleId=doi_dedup___::95feef6a28f1e93ae2971339928843b2 https://opus4.kobv.de/opus4-btu/files/6374/ulbricht_doktorarbeit.pdf |
| حقوق: | OPEN |
| رقم الأكسشن: | edsair.doi.dedup.....95feef6a28f1e93ae2971339928843b2 |
| قاعدة البيانات: | OpenAIRE |
| الوصف غير متاح. |