Advertisement

BHM Berg- und Hüttenmännische Monatshefte

, Volume 162, Issue 5, pp 199–202 | Cite as

On the Impact of Additive Manufacturing on Microstructural and Mechanical Properties of Stainless Steel and Ni-base Alloys

  • Florian Brenne
  • Stefan Leuders
  • Thomas Niendorf
Originalarbeit

Abstract

Recently, additive manufacturing (AM) has gained a lot of interest in industry and academia due to its capability of providing parts of unprecedented geometric complexity. A well-studied and, thus, the most commonly used material for processing via AM is Ti-6Al-4V with applications in the biomedical and aerospace sectors. However, for numerous envisaged applications, different materials, such as stainless steels or Ni-base alloys, have to be contemplated. As these alloys do not undergo a phase transformation upon cooling from solidification to room temperature, the microstructure induced by AM is completely different to that of Ti-6Al-4V. The current paper highlights the impact of different AM techniques, namely selective laser melting (SLM) and electron beam melting (EBM), on the microstructure evolution and concurrent implications for the resulting mechanical properties. Possibilities for direct microstructural design as well as necessities for post-process treatments are presented and discussed.

Keywords

Additive manufacturing Microstructure Mechanical properties Stainless steel Ni-base alloy 

Einfluss der additiven Fertigung auf Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften von rostfreiem Stahl und Ni-Basis-Legierungen

Zusammenfassung

Die Additive Fertigung (AM) gewinnt sowohl in der Industrie als auch in der Forschung mehr und mehr an Bedeutung aufgrund der Herstellbarkeit geometrisch hochgradig komplexer Teile. Ein weitgehend erforschtes und damit das am häufigsten additiv verarbeitete Material ist Ti-6Al-4V mit typischen Anwendungen in der Biomedizin und dem Luftfahrtbereich. Für weitere angedachte Anwendungen müssen andere Materialien, wie rostfreie Stähle oder Ni-Basis-Legierungen, qualifiziert werden. Diese durchlaufen jedoch keine Phasenumwandlung bei der Abkühlung von der Erstarrungs- auf Raumtemperatur, weshalb sich die durch den AM-Prozess induzierte Mikrostruktur erheblich von der der Ti-6Al-4V Legierung unterscheidet. Diese Arbeit stellt den Einfluss verschiedener AM-Prozesse, nämlich des selektiven Laserschmelzens (SLM) und des selektiven Elektronenstrahlschmelzens (EBM), auf die Mikrostrukturentwicklung und deren Bedeutung für die resultierenden mechanischen Eigenschaften vor. Die Möglichkeiten zur direkten Einstellung der Mikrostruktur als auch die Notwendigkeit nachgeschalteter (Wärme‑)Behandlungen werden vorgestellt und diskutiert.

Schlüsselwörter

Additive Fertigung Mikrostruktur Mechanische Eigenschaften Rostfreier Stahl Ni-basis Legierung 

Notes

Acknowledgements

The authors would like to thank Dr.-Ing. Andre Riemer and Alexander Taube (Direct Manufacturing Research Center (DMRC), Paderborn, Germany) as well as Dr. Dieter Schwarze (SLM Solutions AG, Lübeck, Germany) and Dr.-Ing. Steffen Neumeier (FAU Erlangen-Nürnberg, Germany) for fruitful discussions in the context of recent collaborative projects. Financial support by Deutsche Forschungsgemeinschaft under Contract No. NI1327/7-1 is gratefully acknowledged.

References

  1. 1.
    Riemer, A.; Leuders, S.; Thöne, M.; Richard, H. A.; Tröster, T.; Niendorf, T.: On the fatigue crack growth behavior in 316L stainless steel manufactured by selective laser melting, Engineering Fracture Mechanics, 120 (2014), pp 15–25CrossRefGoogle Scholar
  2. 2.
    Thijs, L.; Kempen, K.; Kruth, J.-P.; van Humbeeck, J.: Fine-structured aluminium products with controllable texture by selective laser melting of pre-alloyed AlSi10Mg powder, Acta Materialia, 61 (2013), no. 5, pp 1809–1819CrossRefGoogle Scholar
  3. 3.
    Niendorf, T.; Leuders, S.; Riemer, A.; Richard, H. A.; Tröster, T.; Schwarze, D.: Highly Anisotropic Steel Processed by Selective Laser Melting, Metallurgical and Materials Transactions B, 44 (2013), no. 4, pp 794–796CrossRefGoogle Scholar
  4. 4.
    Niendorf, T.; Leuders, S.; Riemer, A.; Brenne, F.; Tröster, T.; Richard, H. A.; Schwarze, D.: Functionally Graded Alloys Obtained by Additive Manufacturing, Advanced Engineering Materials, 16 (2014), no. 7, pp 857–861CrossRefGoogle Scholar
  5. 5.
    Pröbstle, M.; Neumeier, S.; Hopfenmüller, J.; Freund, L. P.; Niendorf, T.; Schwarze, D.; Göken, M.: Superior creep strength of a nickel-based superalloy produced by selective laser melting, Materials Science and Engineering A, 674 (2016), pp 299–307CrossRefGoogle Scholar
  6. 6.
    Brenne, F.; Taube, A.; Pröbstle, M.; Neumeier, S.; Schwarze, D.; Schaper, M.; Niendorf, T.: Microstructural design of Ni-base alloys for high-temperature applications, Progress in Additive Manufacturing, 1 (2016), no. 3‑4, pp 141–151CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Wien 2017

Authors and Affiliations

  • Florian Brenne
    • 1
  • Stefan Leuders
    • 2
  • Thomas Niendorf
    • 1
  1. 1.Institut für Werkstofftechnik – Metallische WerkstoffeUniversität KasselKasselGermany
  2. 2.voestalpine Additive Manufacturing Center GmbHDüsseldorfGermany

Personalised recommendations