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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter June 8, 2020

Machining of Hybrid (Conventionally and Additively) built 316L, IN718 and Ti-6Al-4V Specimen*

Zerspanung hybrid (konventionell und additiv) aufgebauter Proben aus 316L, IN718 und Ti-6Al-4V
M. Neuenfeldt, F. Zanger and V. Schulze

Abstract

Mounting on a body during the powder bed process is a way to save manufacturing time and costs while still producing individual and complex components. However, components in the powder bed process are always manufactured with an allowance in order to compensate for inaccuracies in the process by means of subsequent production steps. Accordingly, hybrid components must also be reworked. This publication presents the results of investigations into the influence of the transition from conventional to an additive microstructure during the machining of hybrid samples. For this purpose, samples of 316L, IN718 and Ti-6Al-4V were printed on the corresponding conventionally produced samples. The first half of the samples were machined directly after being manufactured in the LPBF process, while the second half passed a heat treatment step before being machined. The machining tests were performed in orthogonal cutting with variation of uncut chip thickness and cutting speed. The chip formation, the cutting and passive forces, the surface roughness, the microstructure and the hardness are analyzed and compared. The measurement of the process forces showed a difference between the conventional and the additive areas for all materials examined, even after heat treatment. In contrast, the roughness profiles as well as the microstructure and the measured hardness of the conventional and the additive area could be approximated by heat treatment.

Kurzfassung

Das Aufbauen auf einem vorgefertigten Körper während des Pulverbettverfahrens ist eine Möglichkeit, Fertigungszeit und Kosten zu sparen und dabei dennoch individuelle und komplexe Bauteile zu fertigen. Allerdings werden Bauteile im Pulverbettverfahren stets mit einem Aufmaß gefertigt, um Ungenauigkeiten des Prozesses mittels nachfolgender Fertigungsschritte ausgleichen zu können. Demnach müssen auch hybride Bauteile nachgearbeitet werden. In der vorliegenden Publikation werden Untersuchungsergebnisse des Einflusses des Übergangs von einem konventionellen auf ein additives Gefüge während der Zerspanung von hybriden Proben dargestellt. Hierzu wurden Proben aus 316L, IN718 und Ti-6Al-4V auf den entsprechenden konventionell hergestellten Proben aufgedruckt. Die erste Hälfte der Proben wurde direkt nach der Herstellung im Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Prozess zerspant, während die zweite Hälfte den Prozessschritt der Wärmebehandlung durchlief, bevor die Proben zerspant wurden. Die Zerspanungsversuche wurden im orthogonalen Schnitt bei Variation der Spanungsdicke und der Schnittgeschwindigkeit ausgeführt. Hierbei wurden die Spanbildung, die Schnitt- und Passivkräfte, die Oberflächenrauheit, das Gefüge und die Härte analysiert und miteinander verglichen. Die Messung der Prozesskräfte zeigte bei allen untersuchten Materialien einen Unterschied zwischen dem konventionellen und dem additiven Bereich, der auch nach einer Wärmebehandlung erhalten bleibt. Demgegenüber konnten die Rauheitsprofile sowie die Gefüge und die gemessene Härte des konventionellen und des additiven Bereichs durch eine Wärmebehandlung angenähert werden.


Lecture held at the HeatTreatingCongress, HK, October 22–24, 2019 in Cologne, Germany

2 (Corresponding author/Kontakt)

References

1. Fraunhofer IGD : 3D-Druck – Stand der Technik und Perspektiven. 2013, www.docplayer.org, 13.11.2019, open accessSearch in Google Scholar

2. Eschner, N.; Kopf, R.; Lieneke, T.; Künneke, T.; Berger, D.; Häfner, B.; Lanza, G.; Zimmer, D.: Kombination etablierter und additiver Fertigung. ZWF112 (2017) 7–8, pp. 469472, 10.3139/104.111751Search in Google Scholar

3. Schmidt, M. (ed.); Haubach, C.; Spieth, H.; Bauer, J.: Hybride Bauteilfertigung – Schmieden und Metall 3D-Druck in Kombination. 100 Betriebe für Ressourceneffizienz, Bd. 1, Springer-Verlag, Berlin, 2017, pp. 15415710.1007/978-3-662-53367-3_30Search in Google Scholar

4. Linn, J.; Weaver, J. M.; Miles, M. P.; Hovanski, Y.; Smith, R.: Characterizing Interfacial Bonds in Hybrid Metal AM Structures. Proc. 29th Annual Int. Solid Freeform Fabrication Symposium, 13.-15.08.18, Austin, TX, USA, Texas Univ. at Austin, 2018, pp. 11911201Search in Google Scholar

5. Zhu, Y.; Li, J.; Tian, X.; Wang, H.; Liu, D.: Microstructure and mechanical properties of hybrid fabricated Ti–6.5Al–3.5Mo–1.5Zr–0.3Si titanium alloy by laser additive manufacturing. Mater. Sci. Eng. A607 (2014), pp. 427434, 10.1016/j.msea.2014.04.019Search in Google Scholar

6. Montevecchi, F.; Grossi, N.; Takagi, H.; Scippa, A.; Sasahara, H.; Campatelli, G.: Cutting forces analysis in additive manufactured AISI H13 alloy. Procedia CIRP46 (2016), pp. 476479, 10.1016/j.procir.2016.04.034Search in Google Scholar

7. British Stainless Steel Association: Stress relieving heat treatments for austenitic stainless steels. https://www.bssa.org.uk/topics.php?article=76, 13.11.2019, open accessSearch in Google Scholar

8. EOS GmbH: EOS Titanium Ti64 – Materialdatenblatt. 2011Search in Google Scholar

9. High Temp Metals: Inconel 718 Technical Data. https://www.hightempmetals.com/techdata/hitempInconel718data.php#4, 13.11.2019, open accessSearch in Google Scholar

Published Online: 2020-06-08
Published in Print: 2020-06-10

© 2020, Carl Hanser Verlag, München