Fracture analysis of cold sprayed free-standing structure of SS316L

Cold gas dynamic spray (CGDS) process is an emerging non-thermal deposition method which has improved in proficiency and is still gaining attention from scientists and industry. In Cold spray (CS), bonding takes place when the velocity of the particles, that are accelerated by high pressure and pre-heated supersonic gas stream, exceeds a critical velocity. With the process capability to deposit a vast range of materials at high deposition rates, cold spray offers a valuable application in surface functionalization, structural and dimensional restoration and production of freestanding structures. There are few recent studies and numerical models regarding the macroscopic behavior of the cold sprayed free-standing structures under static and fatigue loadings; however, there are much less number of studies, none to the best knowledge of the author, till date regarding the microscopic behavior at splats level and failure method of the cold sprayed deposits. This study focusses on the failure associated with cold sprayed free-standing structure of SS-316L. Detailed numerical models are developed based on the experimental characterization of the 316L deposits to describe the failure initiation and propagation in cold sprayed material. The effects of different modeling strategies have been described and compared. The results are compared with available experimental data.

Il processo di spruzzo dinamico a gas freddo (CGDS) è un metodo emergente di deposizione non termica che è migliorato in termini di competenza e sta ancora attirando l'attenzione di scienziati e industria. In Cold spray (CS), il legame ha luogo quando la velocità delle particelle, che sono accelerate dall'alta pressione e dal flusso di gas supersonico preriscaldato, supera una velocità critica. Con la capacità di processo di depositare una vasta gamma di materiali ad alti tassi di deposizione, lo spray freddo offre una preziosa applicazione nella funzionalizzazione delle superfici, nel restauro strutturale e dimensionale e nella produzione di strutture autoportanti. Esistono pochi studi recenti e modelli numerici riguardanti il comportamento macroscopico delle strutture autoportanti spruzzate a freddo sotto carichi statici e a fatica; tuttavia, ci sono molti meno studi, nessuno per quanto a conoscenza dell'autore, fino alla data riguardante il comportamento microscopico a livello di splats e il metodo di fallimento dei depositi spruzzati a freddo. Questo studio si concentra sul fallimento associato alla struttura autoportante spray a freddo di SS-316L. Vengono sviluppati modelli numerici dettagliati basati sulla caratterizzazione sperimentale dei depositi di 316L per descrivere l'avvio e la propagazione dei guasti in materiale spruzzato a freddo. Gli effetti di diverse strategie di modellizzazione sono stati descritti e confrontati. I risultati vengono confrontati con i dati sperimentali disponibili.