The purpose of this work is to investigate the mechanical properties of Ti-6Al-4V samples manufactured by Electron Beam Melting (EBM) while also considering the influence of defects. The specimens were manufactured using Arcam A2 machine. Static characterization was done to cylindrical specimens in as built (AB) condition with the build orientation of 0° (horizontal), 45°, and 90° (vertical), and to rectangular specimens with build orientation of 90° after various heat treatment. Fractographic analysis using scanning electron microscope (SEM) was done to investigate the presence of defect on the fracture surface. The stress strain curve was built for every tested specimen and the mechanical properties: Young’s modulus, yield strength, ultimate tensile strength, and elongation at break were recorded. The defect area was noted and correlated to various mechanical properties of the specimens. It is found that the defect area has a strong correlation with elongation at break, and 0° specimens have the most consistent mechanical properties due to the lack of visible defect. 90° specimens have the least consistent mechanical properties due to the presence of more defects. Fatigue characterization was done with cylindrical fatigue specimens in as built condition with the build orientation of 0°, 45°, and 90° to create the Wöhler curve. Fractographic analysis was also done and the starting defect area and position, fatigue propagation area, and total area were recorded. After that, Kitagawa diagram was built to predict the fatigue limit of specimens containing defects. It is found that the 0° specimens have worse fatigue properties. Fractographic analysis showed that almost all starting defects on 0° specimens come from the bottom surface, where there were un-melted powder and any other defect due to inadequate melting of the powder in the downward facing surface of the specimen.

Lo scopo di questo lavoro è di studiare le proprietà meccaniche dei campioni di Ti-6Al-4V prodotti da Electron Beam Melting (EBM) tenendo conto anche dell'influenza dei difetti. I campioni sono stati fabbricati utilizzando la macchina Arcam A2. La caratterizzazione statica è stata eseguita su campioni cilindrici in condizioni di as built (AB) con orientamento di costruzione di 0° (orizzontale), 45° e 90° (verticale), e su campioni rettangolari con orientamento di costruzione di 90° dopo vari trattamenti termici. L'analisi frattografica mediante microscopio elettronico a scansione (SEM) è stata effettuata per studiare la presenza di difetti sulla superficie della frattura. La curva di deformazione da sforzo è stata costruita per ogni campione testato e le proprietà meccaniche: sono stati registrati il modulo di Young, la resistenza allo snervamento, la massima resistenza alla trazione e l'allungamento a rottura. L'area del difetto è stata rilevata e correlata alle varie proprietà meccaniche dei campioni. Si è riscontrato che l'area del difetto ha una forte correlazione con l'allungamento a rottura e che i campioni a 0° hanno le proprietà meccaniche più coerenti a causa della mancanza di difetto visibile. I campioni a 90° hanno le proprietà meccaniche meno costanti a causa della presenza di più difetti. La caratterizzazione della fatica è stata eseguita con campioni cilindrici di fatica in condizioni di costruzione con l'orientamento di costruzione di 0°, 45° e 90° per creare la curva di Wöhler. È stata inoltre eseguita l'analisi frattografica e sono stati registrati l'area e la posizione del difetto iniziale, l'area di propagazione della fatica e l'area totale. Successivamente, è stato costruito il diagramma di Kitagawa per prevedere il limite di fatica dei campioni contenenti difetti. Si è riscontrato che i campioni a 0° hanno proprietà di affaticamento peggiori. L'analisi frattografica ha mostrato che quasi tutti i difetti iniziali sui campioni a 0 ° provengono dalla superficie inferiore, dove c'erano polvere non fusa e qualsiasi altro difetto dovuto a fusione inadeguata della polvere nella superficie rivolta verso il basso del campione.

Influence of defect on mechanical performance of Ti-6Al-4V alloy manufactured by EBM

CONSTANTINE, ERNEST SEBASTIAN
2018/2019

Abstract

The purpose of this work is to investigate the mechanical properties of Ti-6Al-4V samples manufactured by Electron Beam Melting (EBM) while also considering the influence of defects. The specimens were manufactured using Arcam A2 machine. Static characterization was done to cylindrical specimens in as built (AB) condition with the build orientation of 0° (horizontal), 45°, and 90° (vertical), and to rectangular specimens with build orientation of 90° after various heat treatment. Fractographic analysis using scanning electron microscope (SEM) was done to investigate the presence of defect on the fracture surface. The stress strain curve was built for every tested specimen and the mechanical properties: Young’s modulus, yield strength, ultimate tensile strength, and elongation at break were recorded. The defect area was noted and correlated to various mechanical properties of the specimens. It is found that the defect area has a strong correlation with elongation at break, and 0° specimens have the most consistent mechanical properties due to the lack of visible defect. 90° specimens have the least consistent mechanical properties due to the presence of more defects. Fatigue characterization was done with cylindrical fatigue specimens in as built condition with the build orientation of 0°, 45°, and 90° to create the Wöhler curve. Fractographic analysis was also done and the starting defect area and position, fatigue propagation area, and total area were recorded. After that, Kitagawa diagram was built to predict the fatigue limit of specimens containing defects. It is found that the 0° specimens have worse fatigue properties. Fractographic analysis showed that almost all starting defects on 0° specimens come from the bottom surface, where there were un-melted powder and any other defect due to inadequate melting of the powder in the downward facing surface of the specimen.
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
18-dic-2019
2018/2019
Lo scopo di questo lavoro è di studiare le proprietà meccaniche dei campioni di Ti-6Al-4V prodotti da Electron Beam Melting (EBM) tenendo conto anche dell'influenza dei difetti. I campioni sono stati fabbricati utilizzando la macchina Arcam A2. La caratterizzazione statica è stata eseguita su campioni cilindrici in condizioni di as built (AB) con orientamento di costruzione di 0° (orizzontale), 45° e 90° (verticale), e su campioni rettangolari con orientamento di costruzione di 90° dopo vari trattamenti termici. L'analisi frattografica mediante microscopio elettronico a scansione (SEM) è stata effettuata per studiare la presenza di difetti sulla superficie della frattura. La curva di deformazione da sforzo è stata costruita per ogni campione testato e le proprietà meccaniche: sono stati registrati il modulo di Young, la resistenza allo snervamento, la massima resistenza alla trazione e l'allungamento a rottura. L'area del difetto è stata rilevata e correlata alle varie proprietà meccaniche dei campioni. Si è riscontrato che l'area del difetto ha una forte correlazione con l'allungamento a rottura e che i campioni a 0° hanno le proprietà meccaniche più coerenti a causa della mancanza di difetto visibile. I campioni a 90° hanno le proprietà meccaniche meno costanti a causa della presenza di più difetti. La caratterizzazione della fatica è stata eseguita con campioni cilindrici di fatica in condizioni di costruzione con l'orientamento di costruzione di 0°, 45° e 90° per creare la curva di Wöhler. È stata inoltre eseguita l'analisi frattografica e sono stati registrati l'area e la posizione del difetto iniziale, l'area di propagazione della fatica e l'area totale. Successivamente, è stato costruito il diagramma di Kitagawa per prevedere il limite di fatica dei campioni contenenti difetti. Si è riscontrato che i campioni a 0° hanno proprietà di affaticamento peggiori. L'analisi frattografica ha mostrato che quasi tutti i difetti iniziali sui campioni a 0 ° provengono dalla superficie inferiore, dove c'erano polvere non fusa e qualsiasi altro difetto dovuto a fusione inadeguata della polvere nella superficie rivolta verso il basso del campione.
Tesi di laurea Magistrale
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/152698