Effect of shot-peening on the surface and mechanical properties of laser powder bed fusion 316L

Metal Additive Manufacturing is a rapidly expanding area because of its capacity to fabricate very complicated geometries with customized features for many numbers of applications. However, the parts which we manufactured using AM generally exhibit inadequate and very poor surface quality in the as-built configuration. Laser Powder bed fusion (LPBF) as an additive manufacturing technology offers high potential to fabricate parts with complex geometries layer by layer. The high surface roughness is a challenging issue directly affecting the mechanical performance of LPBF material. Hence by applying post-treatments like Shot-Peening and chemical etching to enhance the surface quality and mechanical performance of metallic AM materials. In this thesis, we have as-built (AB) and heat treated (HT) cubic 316L stainless steel fabricated by LPBF additive manufacturing Technology. Also other important aspect of this thesis is to focusing on the effect of orientation. Experimentation on the Direct and Inclined LPBF 316 specimens were performed. Two different shot peening processes were performed using steel and ceramic shots with different Almen Intensity, shot diameter, and shot hardness. The LPBF 316L specimens were comprehensively characterized in terms of microstructural features, surface morphology and surface roughness. Mechanical properties including microhardness, roughness and residual stresses were critically analyzed. We also investigate our results after applying post treatment, Electrochemical Polishing on our AB & HT Steel 316L LPBF specimens. The significant findings of this thesis are that after shot peening Post treatment we have modified initial surface morphology to more regular and homogeneous state. After Applying the shot peening treatments there is a regularity of surface state in terms of morphology, residual stresses. Microstructural evolutions across different sections of the AB & HT specimens before and after Post processing Treatment were evaluated using optical microscopy (OM), Scanning electron microscopy (SEM), EDS.

La produzione additiva in metallo è un'area in rapida espansione grazie alla sua capacità di fabbricare geometrie molto complicate con caratteristiche personalizzate per un gran numero di applicazioni. Tuttavia, le parti che abbiamo fabbricato utilizzando AM presentano generalmente una qualità superficiale inadeguata e molto scadente nella configurazione as-built. La fusione a letto di polvere laser (LPBF) come tecnologia di produzione additiva offre un elevato potenziale per fabbricare parti con geometrie complesse strato dopo strato. L'elevata rugosità superficiale è un problema impegnativo che influisce direttamente sulle prestazioni meccaniche del materiale LPBF. Quindi applicando post-trattamenti come la pallinatura e l'incisione chimica per migliorare la qualità della superficie e le prestazioni meccaniche dei materiali metallici AM. In questa tesi, abbiamo acciaio inossidabile 316L cubico as-built (AB) e trattato termicamente (HT) fabbricato con la tecnologia di produzione additiva LPBF. Un altro aspetto importante di questa tesi è concentrarsi sull'effetto dell'orientamento. Sono state eseguite sperimentazioni sui campioni LPBF 316 diretti e inclinati. Sono stati eseguiti due diversi processi di pallinatura utilizzando pallini in acciaio e ceramica con diverse intensità di Almen, diametro e durezza dei pallini. I campioni di LPBF 316L sono stati ampiamente caratterizzati in termini di caratteristiche microstrutturali, morfologia superficiale e rugosità superficiale. Le proprietà meccaniche, tra cui microdurezza, rugosità e sollecitazioni residue, sono state analizzate criticamente. Esaminiamo anche i nostri risultati dopo l'applicazione del trattamento post-lucidatura elettrochimica sui nostri campioni LPBF in acciaio AB e HT 316L. I risultati significativi di questa tesi sono che dopo il trattamento post pallinatura abbiamo modificato la morfologia della superficie iniziale in uno stato più regolare e omogeneo. Dopo l'applicazione dei trattamenti di pallinatura si riscontra una regolarità dello stato superficiale in termini di morfologia, tensioni residue. Le evoluzioni microstrutturali in diverse sezioni dei campioni AB e HT prima e dopo il trattamento post-elaborazione sono state valutate utilizzando microscopia ottica (OM), microscopia elettronica a scansione (SEM), EDS.