I risultati di micro-durezza di campioni fabbricati in atmosfera di Argon e di azoto L-PBF per le condizioni as-built e trattate termicamente

In che modo i gas di protezione dell’azoto  influenzano l’acciaio inossidabile stampato in 3D In un documento intitolato ” Proprietà meccaniche di acciaio inossidabile 17-4 PH additivato con il gas di protezione Ar e N2 “, un gruppo di ricercatori indaga sull’effetto sull’uso di argon o azoto come gas di protezione sulle proprietà meccaniche finali di additivo prodotto 17 -4 acciaio inossidabile PH.

“Sono stati fatti molti sforzi per ottimizzare o migliorare le proprietà meccaniche delle parti AM, studiando i vari parametri di processo, le strategie di scansione e gli effetti di orientamento dell’edificio”, affermano i ricercatori. “Il gas di protezione è stato introdotto come un altro parametro significativo che influisce non solo sulle proprietà termofisiche ma anche sulle proprietà meccaniche delle parti fabbricate. Il gas di protezione è responsabile della rimozione dei gas reattivi che circondano il pool di fusione per prevenire gli effetti nocivi della reazione con l’atmosfera gas come l’ossigeno Per la scelta del gas di protezione appropriato devono essere considerati diversi fattori come il materiale di base e le reazioni chimico-metallurgiche del gas con il pool di fusione. ”
Gli effetti di vari gas di schermatura come azoto, argon ed elio sono stati studiati sui comportamenti di diversi materiali come acciai al carbonio, acciai inossidabili e leghe di alluminio. I ricercatori si concentrano in questo studio sulla “modellazione della risposta termica di 17-4 PH SS simulando una singola traccia durante le tipiche condizioni L-PBF mentre si considera il trasferimento di calore per convezione per diversi gas di protezione”.

È stato eseguito uno studio numerico per ottenere la temperatura, il gradiente di temperatura e le velocità di raffreddamento delle parti fabbricate sotto gas di protezione dell’argon e dell’azoto durante la fusione del letto a polvere laser. Sono stati eseguiti test di microdurezza e prove di trazione per determinare le prestazioni meccaniche delle parti stampate in 3D sotto i diversi gas di protezione. Sono state raggiunte le seguenti conclusioni:

L’atmosfera di azoto introduce temperature leggermente inferiori e gradienti di temperatura lungo i binari mentre la velocità di raffreddamento è superiore a quella dell’atmosfera di argon. I ricercatori attribuiscono questo alla maggiore conducibilità termica del gas azoto.
Più energia dovrebbe dissiparsi dalla pista all’ambiente quando si usa l’azoto come gas di protezione. Ciò è dovuto alla maggiore velocità di raffreddamento fornita quando si utilizza gas azoto.
La durezza dei campioni fabbricati sotto gas di protezione dell’azoto è leggermente superiore rispetto ai campioni fabbricati con gas argon. Questo è attribuito alla microstruttura più fine ottenuta a causa delle maggiori velocità di raffreddamento fornite sotto l’atmosfera di azoto.
“I campioni HT-Ar / Ar hanno una durezza più elevata di quelli HT-Ar / N2. Ciò è dovuto alla maggiore capacità di indurimento delle precipitazioni nella microstruttura martensitica rispetto alla matrice austenitica come risultato della fabbricazione sotto atmosfera di argon. ”
C’è una minima variazione nel comportamento di trazione in tutte le condizioni testate. Tuttavia, i campioni stampati in 3D sotto l’atmosfera di azoto hanno una resistenza e una duttilità leggermente superiori.

Questa ricerca può fornire informazioni preziose sul modo migliore per evitare difetti nelle parti prodotte in modo additivo, come la porosità e la mancanza di fusione. La produzione additiva di metalli, in particolare, è una scienza molto precisa che comporta una grande quantità di conoscenze chimiche e calcoli matematici al fine di creare le condizioni ottimali per la stampa 3D. Sulla base dello studio dei ricercatori, i produttori potrebbero essere in grado di modificare le condizioni in cui le parti di stampa 3D, consentendo migliori componenti finali globali.

Gli autori del documento includono Pooriya Dastranjy Nezhadfar, Mohammad Masoomi, Scott Thompson, Nam Pham e Nima Shamsaei.

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