Effetto dei parametri di elaborazione sulla selezione della texture e della variante di as

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 16168 (2022) Citare questo articolo

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Tra i materiali che possono essere prodotti con la fusione laser a letto di polvere (LPBF), si possono evidenziare gli acciai Maraging, con eccellente saldabilità, resistenza e tenacia alla frattura. Tuttavia, gli effetti dei parametri di lavorazione e dei meccanismi che governano la texture as-built non sono ancora chiari. Una recente pubblicazione ha evidenziato un basso indice di tessitura nella precedente austenite, a differenza di altre leghe sottoposte a LPBF con la stessa strategia. Gli autori hanno suggerito diverse ipotesi, sebbene non siano state tratte conclusioni. Questo lavoro si propone di indagare questi risultati utilizzando un acciaio Maraging 300 lavorato in condizioni diverse, ovvero stampante, spessore dello strato di polvere e modalità di emissione laser diversi. Per fare ciò, sono state utilizzate la diffrazione di raggi X, la diffrazione retrodiffusa di elettroni e la microscopia elettronica a scansione. I risultati mostrano che il trattamento termico intrinseco al processo LPBF non influisce sui precedenti grani di austenite, la cui struttura e morfologia rimangono invariate durante tutto il processo. Inoltre, per gli intervalli studiati, la texture della microstruttura non è correlata allo spessore dello strato di polvere o alla modalità di emissione del laser, sebbene possa essere influenzata dalla potenza del laser o dalla strategia di scansione. Infine, è stato osservato un basso grado di selezione delle varianti, dove le varianti selezionate sono quelle che contribuiscono a una tessitura cubica ruotata della martensite.

La produzione additiva (AM), comunemente nota come stampa 3D, è un processo di produzione che consiste nella deposizione, fusione, fusione e legame incrementali strato per strato del materiale1. Tra i suoi vantaggi si può evidenziare la possibilità di produrre parti complesse in una sola volta, utilizzando una quantità ottimale di materiale2. Tra i diversi tipi di processi AM per metalli, alcuni dei più importanti si basano sulla fusione a letto di polvere: fusione laser a letto di polvere (LPBF) e fusione a fascio di elettroni (EBM)3.

Nell'LPBF, uno strato di polvere di un determinato spessore viene depositato sopra gli strati precedentemente fusi. Successivamente, lo strato viene fuso e fuso agli strati precedentemente fusi mediante l'utilizzo di un laser3 caratterizzato da diversi parametri, quali potenza, velocità, diametro del fascio, lunghezza d'onda o modalità di emissione. Una selezione ottimale dei parametri di processo può aiutare a ridurre la porosità della struttura finale, migliorando così le proprietà meccaniche del pezzo4. Molte opzioni di scansione sono fornite nelle macchine LPBF commerciali, dove quella più utilizzata è probabilmente la strategia di tratteggio5. Durante la schiusa, il laser si muove tipicamente con una determinata velocità lungo linee parallele, la cui direzione è detta direzione di scansione (SD). La distanza tra loro è denominata interlinea dei tratteggi e la direzione perpendicolare alle sezioni di deposizione è denominata direzione di costruzione (BD). La rotazione delle SD su strati successivi è una strategia comune, dove è stata proposta la rotazione di 67° (angolo di tratteggio) per massimizzare il numero di strati con SD diverse6. Le macchine LPBF commerciali offrono anche diversi tipi di modalità di emissione laser, come accennato in precedenza. A seconda della modalità di emissione del laser, i laser possono essere a emissione di onda continua (CW) o a emissione di onda pulsata (PW). I laser a emissione CW emettono radiazioni continue e di intensità costante, mentre i laser a emissione PW emettono impulsi luminosi molto brevi e distanziati regolarmente. A causa del loro carattere continuo, i laser a emissione CW creano pozze di fusione (MP) allungate, chiamate tracce. D'altra parte, i laser ad emissione PW portano a gruppi di MP che possono essere sovrapposti tra loro. I parametri della modalità di emissione PW sono: distanza del punto (distanza tra MP adiacenti), tempo di esposizione (tempo in cui il laser viene fermato in un dato punto, mentre è acceso) e ritardo di salto (tempo durante il quale il laser viene spento mentre si sposta verso il punto punto successivo). Per tempi di esposizione brevi e ritardi di salto lunghi, si ritiene che i laser a emissione PW portino a tassi di solidificazione più rapidi e evitino il riscaldamento, riducendo al minimo la distorsione termica7.