Strukturní charakteristiky aditivně vyrobených hliníkových slitin

Abstract

Bakalářská práce se zabývá analýzou strukturních charakteristik se zaměřením na makroskopická zbytková napětí vzorků z hliníkové slitiny AlSi10Mg, které byly vyrobeny aditivním výrobním procesem, konkrétně selektivním laserovým tavením (SLM). Tato práce vznikla jako součást výzkumu zaměřeného na vytvoření nového numerického modelu metodou konečných prvků pro spolehlivou predikci vývoje zbytkových napětí. V teoretické části je uveden princip metody SLM, základní vlastnosti hliníkových slitin a princip difrakčních metod, které jsou experimentální metodou analýzy strukturních charakteristik. V experimentální části je popsána realizace experimentů na rentgenovém difraktometru pro analýzu fázového složení a stavu zbytkové napjatosti pomocí metody sin²ψ. Zbytková napětí byla zjišťována ve vzorcích, které byly vytištěny s různým náklonem vzhledem ke stavební plošině. Ukázalo se, že zvolený úhel náklonu při tisku má vliv na průběh povrchového stavu napjatosti po obvodu válcového vzorku. Dále byly získány hloubkové profily makroskopických zbytkových napětí za pomoci postupného odjímání vrstev elektrolytickým leštěním. Zde byl pozorován zásadní rozdíl ve velikosti hodnot zbytkových napětí v závislosti na význačných směrech vzorku. Ve směru tisku byly hodnoty výrazně vyšší než ve směru na něj kolmém. Ve všech případech se jednalo o normálová zbytková napětí, smyková měla velmi malé hodnoty. Dále výsledky ukázaly výrazný pokles velikosti hodnot zbytkových napětí a jejich větší homogenitu po obvodu vzorku po provedení mechanického namáhání do meze kluzu.

The bachelor thesis focuses on the analysis of the structural characteristics with a focus on the macroscopic residual stress of AlSi10Mg aluminium alloy samples produced by an additive manufacturing process, namely selective laser melting (SLM). This thesis was created as a part of research aimed at developing a new numerical model for reliable prediction of a residual stress evolution using the finite element method. The theoretical part presents the principle of the SLM method, the basic properties of aluminium alloys and the principle of diffraction methods, which are an experimental method for analysing structural characteristics. The experimental part describes the realization of experiments on an X-ray diffractometer for the analysis of the phase composition and the residual stress state using the sin²ψ method. Residual stress was studied in samples which were printed with different inclinations relative to the building platform. It has been shown that the chosen tilt angle during printing has an effect on the surface stress state along the perimeter of the cylindrical sample. Next, depth profiles of the macroscopic residual stresses were obtained by successive removal of layers by electropolishing. A significant difference in the magnitude of the residual stress values was observed depending on the prominent directions of the sample. The values were significantly higher in the printing direction than in the direction perpendicular to it. In all cases these were normal residual stresses, the shear stresses had very small values. Further, the results showed that mechanical loading up to yield stress results in a significant decrease in the magnitude of the residual stress values and their greater homogeneity around the perimeter of the sample.