Karakterisering av mikrostruktur og defekter i additivt tilvirket AlSi10Mg med varierende prosessparametere

Abstract

Denne oppgaven har undersøkt forekomsten av defekter i fem prøver av additivt tilvirket AlSi10Mg. Målet var å undersøke hvordan ulike parametere påvirker mikrostruktur og defekter i de ulike prøvene, samt å identifisere et kartleggingsplott som gir en nøyaktig beskrivelse av et optimalt prosessvindu og defektforekomst. Det viktigste resultatet var at porøsiteten påvirkes av laserhastighet når effekten ble holdt så og si konstant. Lav hastighet førte til forekomst av keyhole-porer, mens høy hastighet førte til forekomst av porer på grunn av manglende smelting mellom printelagene. Porøsitetsmålinger viste at fire av prøvene hadde en porøsitet mindre enn 0,5%, mens den siste hadde en betydelig høyere porøsitet på 1,4%. Smeltebadstørrelsen varierte med forskjellige prosessparameterne, men ellers var mikrostrukturen uendret.

Effekt av spenningsgløding ble undersøkt, og førte til en nedgang i hardhet fra 120,4 HV til 105,2 HV. I tillegg ble det undersøkt en spesiallaget lasertest til oppgaven. Denne var laget med standardparametere, hvor én enkelt laservektor ble bygd lagvis oppover, med formål om å undersøke størrelse på smeltebad. Dette ga en bredde på 235,3 ± 12,5 µm og en dybde på 116 ± 18,8 µm, som kan være realistiske mål på et smeltebad.

Videre arbeid inkluderer å undersøke nærmere hvordan lasereffekten påvirker, samt utforske flere variasjoner av prosessparametere. Forskjellen mellom to defektfrie prøver, printet med forskjellig hastighet og effekt, bør også undersøkes nærmere for å finne et mer nøyaktig estimat på grensen til prosessvinduet. Flere mekaniske tester bør også utføres for å undersøke sammenhengen mellom porøsitet, poreform og materialegenskaper nærmere.

This study has investigated the occurrence of defects in five samples of additive manufactured AlSi10Mg. The aim was to examine how various parameters affect the microstructure and defects in the different samples, as well as to identify a mapping plot that provides an accurate description of an optimal process window and defect occurrence. The main finding was the correlation between porosity and laser speed, under nearly constant power. Lower speeds resulted in keyhole pores, while higher speed led to the occurrence of pores due to insufficient melting between print layers. Porosity measurements showed that four of the samples had a porosity of less than 0.5%, while the last one had a significantly higher porosity of 1.4%. The melt pool size varied with different process parameters, but otherwise the microstructure remained unchanged.

The effect of heat treatment was investigated, resulting in a decrease in hardness from 120.4 HV to 105.2 HV. Additionally, a specially designed laser test was conducted for the task. This was made with standard parameters, where a single laser vector was built layer by layer upwards, with the purpose of examining the size of the melt pool. This gave a width of 235.3 ± 12.5 µm and a depth of 116 µm ± 18.8, which could be realistic measures of a melt pool.

Further work includes closer examination of how laser power affects, as well as exploring more variations of process parameters. The difference between two defect-free samples, printed with different speed and power, should also be examined further to find a more accurate estimate of the process window limit. Several mechanical tests should also be conducted to examine the relationship between porosity, pore shape, and material properties more closely.