Wire arc additive manufacturing of high-strength low alloy steels: study of process parameters and their influence on the bead geometry and mechanical characteristics

No Thumbnail Available

Date

2020

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Springer London Ltd

Open Access Color

OpenAIRE Downloads

OpenAIRE Views

Research Projects

Organizational Units

Organizational Unit
Department of Metallurgical and Materials Engineering
Metalurji ve Malzeme Mühendisliğinin alanı çok geniştir ve temel olarak metaller, seramikler, polimerler ve bu üç malzemenin birlikte oluşturdukları kompozit malzemelerin üretimlerini, şekillendirilmelerini, işlemlerini, karakterizasyonlarını ve kullanımlarındaki davranışlarını kapsar. Yüksek Lisans programımızda amacımız, öğrencilerimizin bu konulardan bir veya birkaçında kapsamlı ve derin bir kuramsal ve uygulamalı bilgi birikimine sahip olmaları ve bilgiye ulaşma, ulaşılan bilgileri değerlendirme, deney tasarlama, deney sonuçlarını analiz etme ve raporlama yeteneklerini kazanmalarıdır. Web sayfamızda yer alan bilgilerden de görülebileceği gibi modern cihaz ve ekipmanla donatılmış güçlü laboratuvar altyapımız çok farklı konularda araştırma yapılmasını olanaklı kılmaktadır. Yüksek Lisans müfredatımızda Malzemelerin İleri Termodinamiği, Malzeme Mühendisliğinde Matematiksel Yöntemler ve Malzeme-Süreç Seçimi ve Tasarım Problemleri isimli üç zorunlu ders yer almaktadır. Tezli Yüksek Lisans programımız bu zorunlu derslerin yanında zorunlu olan Seminer, Yüksek Lisans Tezi ve dört teknik seçmeli dersten, Tezsiz Yüksek Lisans programımız ise zorunlu olan Bitirme Projesi ve 7 teknik seçmeli dersten oluşmaktadır. Teknik seçmeli dersler tez danışmanının onayı dâhilinde çok sayıdaki teknik seçmeli ders arasından seçilmektedir. Programımıza Metalurji ve Malzeme Mühendisliği mezunlarının yanısıra diğer Mühendislik Bölümleri ile Fizik, Kimya vb. bölümlerin mezunları da kabul edilebilmektedir. Bu bölümlerden mezun olan adayların, her birinin akademik ve profesyonel birikimlerine göre belirlenecek bir bilimsel hazırlık programını tamamlamaları gerekmektedir.

Journal Issue

Events

Abstract

Additive manufacturing (AM) is becoming increasingly popular since it offers flexibility to produce complex designs with less tooling and minimum material at shorter lead times. Wire arc additive manufacturing (WAAM) is a variant of additive manufacturing which allows economical production of large-scale and high-density parts. The WAAM process has been studied extensively on different steels; however, the influence of process parameters, specifically wire feed speed (WFS), travel speed (TS), and their ratio on bead geometry, microstructure, and mechanical properties, are yet to be studied. The present work aims at closing this gap by using the WAAM process with robotic cold metal transfer (CMT) technology to manufacture high-strength structural steel parts. For that purpose, single-bead welds were produced from HSLA steel by varying WFS between 5 and 10 m/min and the WFS to TS ratio between 10 and 20. Those variations produce heat inputs in the range of 266-619 J/mm. The results have shown that the wire feed speed to travel speed ratio is the major parameter to control the heat input. Increasing heat input increases characteristic bead dimension, whereas it reduces the hardness. In the second part of experiments, two single-bead walls were deposited via the parallel deposition strategy and one multiple-bead wall was produced using the oscillation strategy. The tensile properties were tested along two directions: parallel and perpendicular to deposition directions. For the yield strength and tensile strength, the difference between horizontally and vertically tested specimens was smaller than the standard deviations. On the other hand, the total and uniform elongation values exhibit up to 10% difference in the test direction, indicating anisotropy in ductility. Those tensile properties were attributed to repeated thermal cycles during the WAMM process, which can cause heat transfer in multiple directions. The yield strength of the multiple-bead wall produced via oscillation was lower, whereas its ductility was higher. The tensile properties and hardness differences were found to correlate well with the microstructure.

Description

Yildiz, Ahmet Suat/0000-0001-5795-4671; Davut, Kemal/0000-0002-9860-881X; KOC, BARIS/0000-0001-5466-3350

Keywords

Wire arc additive manufacturing, High-strength low alloy steels, Microstructure, Mechanical properties

Turkish CoHE Thesis Center URL

Fields of Science

Citation

WoS Q

Q2

Scopus Q

Source

Volume

108

Issue

11-12

Start Page

3391

End Page

3404

Collections