Multiaxial Fatigue of Stainless Steel Fabricated via Wire Arc Additive Manufacturing

Abstract

Abstrakt

Det foreslåtte oppgavearbeidet tar sikte på å studere den multiaksiale tretthetsoppførselen til ER100S-1 oppnådd ved bruk av Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) prosess, mer presist kaldmetalloverføring. Materialet som er studert er lavkarbonstållegering, mye brukt som fyllmetall ved sveising. Produksjon av deler ved hjelp av produksjon kan gi mange fordeler når det gjelder økonomi og reparerbarhet på steder som er vanskelig tilgjengelige, for eksempel off-shore plattformer. Prøvene trekkes ut i to innbyrdes perpendikulære retninger fra veggen oppnådd ved WAAM og utmattingstestet under tre typer belastning: uniaksial, torsjons- og multiaksial. Etter utmattingstestene ble antall sykluser som tilsvarer den påførte belastningstilstanden og dens størrelse analysert til S-N-kurver (Wohler-kurver). Det neste trinnet gjorde det mulig, gjennom studiet av grafen Displacement-Number of cycles, å estimere antall sykluser som ble brukt til sprekkkjernedannelse. Ytterligere analyser ble utført med skanneelektronmikroskopet, og studerte bruddflatene for å identifisere karakteristiske aspekter ved materialet, produksjonsprosessen og utvinningsorienteringen. Nøkkelord: Tretthetstesting, ER100S-1, Wire Arc Additive Manufacturing, lavkarbonstål.

Abstract

The proposed thesis work aims to study the multi-axial fatigue behaviour of the ER100S-1 obtained using Wire Arc Additive Manufacturing(WAAM) process, more precisely cold metal transfer. The material studied is low-carbon steel alloy, widely used as filler metal in welding. The production of parts by means using manufacturing could bring numerous advantages in terms of economy and repairability in places that are difficult to access, such as off-shore platforms. The specimens are extracted in two mutually perpendicular directions from the wall obtained by WAAM and fatigue tested under three types of load: uniaxial, torsional, and multiaxial. Following the fatigue tests, the number of cycles corresponding to the applied load condition and its magnitude was analyzed to S-N curves (Wohler curves). The next step made it possible, through the study of the Displacement-Number of cycles graph, to estimate the number of cycles used for crack nucleation. Further analyses were carried out with the Scanning electron microscope, studying the fracture surfaces to identify charateristic aspects of the material, production process, and extraction orientation. Keywords: Fatigue testing, ER100S-1, Wire Arc Additive Manufacturing, low carbon steel.