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Influence of Residual Stress and Microstructure on Mechanical Performance of LPBF Ti-6Al-4V

Mishurova, Tatiana und Rehmer, Birgit und Artzt, Katia Juliane und Barriobero Vila, Pere und Serrano-Munoz, Itzar und Haubrich, Jan und Requena, Guillermo und Bruno, Giovanni (2020) Influence of Residual Stress and Microstructure on Mechanical Performance of LPBF Ti-6Al-4V. ASTM International Conference on Additive Manufacturing (ASTM ICAM 2020), 2020-11-16 - 2020-11-20, Virtuell.

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Kurzfassung

Ti-6Al-4V alloy is intensively used in the aerospace industry because of its high specific strength. However, the application of Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Ti-6Al-4V alloy for structurally critical load-bearing components is limited. One of the main limiting factors affecting the structural integrity, are manufacturing defects. Additionally, the high cooling rates associated with LPBF process result in the formation of large residual stress (RS) with complex fields. Such RS can cause cracking and geometrical distortions of the part even right after production. Also, the microstructure of LPBF Ti-6Al-4V in the as-build condition is significantly different from that of the conventionally produced alloy. All these factors affect the mechanical behavior of the material. Therefore, to improve the material performance it is important to evaluate the individual effect of RS, defects, and microstructure on fatigue life. To this aim Ti-6Al-4V LPBF material in as-built condition and subjected to different post-processing, including two heat treatments (for stress relief and microstructural modification) and Hot Isostatic Pressing (HIP, for densification), were investigated. Prior to Low Cycle Fatigue (LCF) tests at operating temperature (300°C), the microstructure (phases, crystallographic texture, and grain morphology), the mesostructure (defect shape and distribution), and subsurface RS on the LCF samples were investigated. It was found that the fatigue performance of HIPped samples is similar to that of conventionally produced Ti-6AL-4V. The tensile RS found at the surface of as-built samples decreased the fatigue life compared to heat-treated samples. Additionally, the modification of microstructure (by heat treatment) did not affect the fatigue performance in the regime of mostly elastic strain. This shows that in the absence of tensile RS the manufacturing defects solely control the failure of LPBF components and densification has the strongest effect on the improvement of the mechanical performance.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/141652/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Influence of Residual Stress and Microstructure on Mechanical Performance of LPBF Ti-6Al-4V
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Mishurova, TatianaBundestanstalt für Materialprüfung BAMNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rehmer, BirgitBundestanstalt für Materialprüfung BAMNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Artzt, Katia JulianeKatia.Artzt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Barriobero Vila, PerePere.BarrioberoVila (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Serrano-Munoz, ItzarBundestanstalt für Materialprüfung BAMNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Haubrich, JanJan.Haubrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5748-2755NICHT SPEZIFIZIERT
Requena, GuillermoGuillermo.Requena (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bruno, GiovanniBundestanstalt für Materialprüfung BAMNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2020
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Additive Manufacturing, Titanium
Veranstaltungstitel:ASTM International Conference on Additive Manufacturing (ASTM ICAM 2020)
Veranstaltungsort:Virtuell
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:16 November 2020
Veranstaltungsende:20 November 2020
Veranstalter :ASTM
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Werkstoffe und Herstellverfahren, R - Antriebsystemtechnik - Schubkammertechnologie (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Metallische Strukturen und hybride Werkstoffsysteme
Hinterlegt von: Haubrich, Jan
Hinterlegt am:29 Apr 2021 08:33
Letzte Änderung:15 Okt 2024 08:22

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