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Geometry Effect on Microstructure and Mechanical Properties in Laser Powder Bed Fusion of Ti-6Al-4V

Munk, Juri und Breitbarth, Eric und Pirch, Norbert und Siemer, Tobias und Häfner, Constantin (2022) Geometry Effect on Microstructure and Mechanical Properties in Laser Powder Bed Fusion of Ti-6Al-4V. Metals. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/met12030482. ISSN 2075-4701.

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Kurzfassung

Laser Powder Bed Fusion (LPBF) of Ti-6Al-4V enables the manufacturing of complex parts for lightweight applications. The emerging microstructure in the LPBF process and thus the mechanical properties are defined by the thermal cycles, which are locally variable for complex geometries. Predictions of local mechanical properties by simulation would reduce the development time of new applications drastically but are today not possible on part scale, so new part applications must be qualified experimentally at great effort. In this study, representative geometry sections were transferred into a simplified sample shape to mechanically characterize different geometry-dependent microstructures. In areas exposed to comparatively increased heat input over time, a lamellar α + β microstructure with β fraction up to 20% was measured in contrast to the common martensitic α′ microstructure of LPBF-manufactured Ti-6Al-4V, resulting in reduced tensile strength and fatigue life. For the first time, a correlation was successfully established between ultimate tensile strength of multiple geometries and the corresponding temperature–time cycles. With reduced computational effort by use of simplifying assumptions in the simulation, this correlation model can theoretically be applied to the part level. This work has laid the foundation for the simulation-based prediction of mechanical properties for entire parts manufactured with LPBF.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/185970/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Geometry Effect on Microstructure and Mechanical Properties in Laser Powder Bed Fusion of Ti-6Al-4V
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Munk, Jurijuri.munk (at) ilt.fraunhofer.dehttps://orcid.org/0000-0001-9812-6901NICHT SPEZIFIZIERT
Breitbarth, EricEric.Breitbarth (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3479-9143NICHT SPEZIFIZIERT
Pirch, Norbertnorbert.pirch (at) ilt.fraunhofer.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Siemer, Tobiastobias.siemer (at) ilt.fraunhofer.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Häfner, Constantinconstantin.haefner (at) ilt.fraunhofer.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:22 März 2022
Erschienen in:Metals
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.3390/met12030482
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2075-4701
Status:veröffentlicht
Stichwörter:additive manufacturing (AM); laser powder bed fusion (LPBF); PBF-LB/M; Ti-6Al-4V; thermal history; intrinsic heat treatment; martensite decomposition; material characterization; thermal simulation
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Komponenten und Systeme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CS - Komponenten und Systeme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Strukturwerkstoffe und Bauweisen
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Metallische Strukturen und hybride Werkstoffsysteme
Hinterlegt von: Breitbarth, Eric
Hinterlegt am:20 Apr 2022 09:29
Letzte Änderung:20 Apr 2022 09:29

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