Modifikace krystalografické textury austenitické oceli pomocí 3D tisku
Loading...
Date
Authors
Fábry, Adam
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Mikroštruktúra, a teda aj mechanické vlastnosti materiálu, závisia na rýchlosti ochladzovania a smere teplotného gradientu pri chladnutí, ktorý je možné pri aditívne vyrábaných kovových dieloch jednoducho ovplyvňovať. V predchádzajúcich výskumoch je táto zmena realizovaná zmenou skenovacej stratégie pri výrobe. Táto práca sa zaoberá modifikáciou kryštalografickej štruktúry materiálu X30Mn22 zmenou rýchlosti a výkonu lasera pri zachovaní konštantnej skenovacej stratégie meander bez rotácie. Za účelom zistenia použiteľných parametrov výroby bol vykonaný test jednoduchých zvarov, ktorý poskytol základ pre budúcu výrobu a testy objemových vzoriek. Na vyrobených objemových vzorkách bola pomocou porozity vyhodnocovaná vhodnosť použitých parametrov výroby objemu materiálu a mikroštruktúra dosiahnutá v priereze tejto vzorky vykreslená pomocou EBSD máp, kde došlo k zásadným zmenám mikroštruktúry len pomocou zmeny laserových parametrov výroby. Pre vybrané vzorky mikroštruktúry boli ďalej vyrobené ťahové vzorky a boli otestované ich mechanické vlastnosti. Výsledky ťahových skúšok ukázali medzi jednotlivými mikroštruktúrami rozdiely 18% pre medzu klzu a až 10% v prípade medze pevnosti. Najvýznamnejší rozdiel bol však v dosiahnutom module pevnosti v ťahu, ktorý sa líšil až o 27%. Práca poskytuje základné poznatky o modifikovaní a úprave štruktúry materiálu s vysokým obsahom mangánu zmenou nastavenia výkonu a rýchlosti lasera.
The microstructure, and therefore the mechanical properties of the material, depend on the cooling rate and the direction of the temperature gradient during cooling, which can be easily influenced in additively manufactured metal parts. In previous research, this change has been achieved by altering the scanning strategy during production. This work focuses on modifying the crystallographic structure of material X30Mn22 by varying the laser speed and power while maintaining a constant meander scanning strategy without rotation. To determine the applicable production parameters, a test of simple welds was conducted, providing a basis for future production and testing of bulk samples. The suitability of the production parameters and the microstructure achieved in the sample cross-section were evaluated using porosity on the fabricated bulk samples, and the microstructure was depicted using EBSD maps, showing significant changes in microstructure solely by altering the laser production parameters. Tensile samples were further fabricated for selected microstructure samples, and their mechanical properties were tested. The results of tensile tests showed differences between individual microstructures of 18% for yield strength and up to 10% for ultimate tensile strength. However, the most significant difference was in the achieved tensile modulus, which differed by up to 27%. The work provides fundamental insights into modifying and adjusting the structure of manganese-rich material by changing laser power and speed settings.
The microstructure, and therefore the mechanical properties of the material, depend on the cooling rate and the direction of the temperature gradient during cooling, which can be easily influenced in additively manufactured metal parts. In previous research, this change has been achieved by altering the scanning strategy during production. This work focuses on modifying the crystallographic structure of material X30Mn22 by varying the laser speed and power while maintaining a constant meander scanning strategy without rotation. To determine the applicable production parameters, a test of simple welds was conducted, providing a basis for future production and testing of bulk samples. The suitability of the production parameters and the microstructure achieved in the sample cross-section were evaluated using porosity on the fabricated bulk samples, and the microstructure was depicted using EBSD maps, showing significant changes in microstructure solely by altering the laser production parameters. Tensile samples were further fabricated for selected microstructure samples, and their mechanical properties were tested. The results of tensile tests showed differences between individual microstructures of 18% for yield strength and up to 10% for ultimate tensile strength. However, the most significant difference was in the achieved tensile modulus, which differed by up to 27%. The work provides fundamental insights into modifying and adjusting the structure of manganese-rich material by changing laser power and speed settings.
Description
Citation
FÁBRY, A. Modifikace krystalografické textury austenitické oceli pomocí 3D tisku [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
bez specializace
Comittee
prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Ivan Mazůrek, CSc. (člen)
doc. Ing. Pavel Maňas, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Michal Hajžman, Ph.D. (člen)
Ing. Kateřina Dočekalová, Ph.D. (člen)
Ing. Bronislav Růžička, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Čížek, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2024-06-11
Defence
Student prezentoval svoji práci a odpověděl na otázky oponenta:
Na str. 19 jsou shrnuty požadavky na geometrii jednoduchého svaru, z čeho tyto požadavky vychází (jak byly definovány)? ZODPOVĚZENO
Na Obr. 5-10 byla hodnocena porozita vzorků. Jakou přidanou hodnotu (informaci) přináší vyhodnocení porozity ve směrech RD, FD a BD (na závěr jsou hodnoty zprůměrovány)? ZODPOVĚZENO
Popište princip zobrazení EBSD. ZODPOVĚZENO
V kapitole 6.1.5 Mechanické vlastnosti v případě vzorku TS_4_2 popisujete významné rozdíly v mechanických vlastnostech vzorku. Porozitě připisujete funkci koncentrátoru napětí a zárověn funčního prvku, který zpevňuje tím, že brání pohybu dislokací. Můžete to objasnit? ZODPOVĚZENO
doc. Maňas: Když se zvýší porozita, tak se zvýší modul pružnosti. Čím to je? ZODPOVĚZENO
doc. Maňas: Jaká je mez, do které může Youngův modul stoupat? ZODPOVĚZENO
doc. Mazůrek: Na jaké hladině významnosti jsou výsledky? ZODPOVĚZENO
doc. Mazůrek: Čím může být ovlivněn modul pružnosti u vzorků? ZODPOVĚZENO
Dr. Růžička: Jak moc složité to bude při zavedení do praxe? ZODPOVĚZENO
Dr. Čížek: Jaké by bylo srovnání s ocelí vyráběnou jinou technologií? ZODPOVĚZENO
Dr. Čížek: Jaká jsou zrna materiálu před a po zpracování technologií? ZODPOVĚZENO
Dr. Čížek: Neměl by tady smysl rozlišovat mezi strukturou a texturou? ZODPOVĚZENO
prof. Hartl: Co znamená X30? ZODPOVĚZENO
prof. Hartl: Jak to krystalizuje uvnitř zrna? ZODPOVĚZENO
prof. Hartl: Může se různá geometrie svaru projevit jako koncentrátor napětí? ZODPOVĚZENO
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení