Efecto de la evolución térmica en la microestructura de Ti6Al4V depositado por DED

Abstract

This work analyzes the effects of cold metal transfer (CMT) process parameters on wire and arc additive manufacturing (WAAM) of Ti6Al4V. Three stage were integrated as complete procedure for processing multilayer walls. The first stage involved a full factorial 24 experiments design, the single layer beads additive manufacturing, and the thermal model development. The modeling results demonstrated a greatest fitting to 85% when the experimental thermal cycle and the theoretical data were compared. The second stage established the variables value target process to Ti6Al4V additive manufacturing, which were defined with values of 1.5 for aspect ratio, 20% as metallurgical dilution, and deposit rate of 2Kg/h. Furthermore, a method for longitudinal deviation estimation of layer-bead, which a measurement minor o equal to 0.2, where a 0 value was defined to a total continuity layer, meanwhile that a value bigger or equal that 1 was associated with a no-continuous bead. The obtained data of process variables measurements were grouped and treated with statistical methodologies to stablish three processing maps for Ti6Al4V layer deposits with the target characteristics. From which were selected three parameters sets for the six layers thin walls of Ti6Al4V. Each of them different speed torch displacement (5, 10, and 15 mm/s), feeder and travel ratio (at least 30), and heat input. In third stage, two deposit strategies to thin walls manufacturing were defined and simulated layer by layer employing the thermal model previously proposed before to experimental procedure. After the simulation the multilayer deposits were manufactured and monitored in real time by means of infrared pyrometer to validate the thermal approximation.

Este trabajo analiza los efectos de los parámetros del proceso de transferencia de metal frío (CMT) como técnica de manufactura aditiva arco y alambre (WAAM) de Ti6Al4V. Se integraron tres etapas de procedimiento como ruta integral para de construcciones delgadas multicapa. La primera etapa consistió en el diseño de conjuntos de parámetros desde diseños experimentales del tipo factorial 24, la fabricación de depósitos de una sola capa y el desarrollo de un modelo térmico. Los resultados de la modelación demostraron un ajuste superior al 85% con temperatura monitoreada experimentalmente. La segunda etapa estableció las condiciones objetivo para la manufactura aditiva de Ti6Al4V, los cuales fueron definidos con valores de relación de aspecto de 1.5, dilución metalúrgica de 20% y tasa de depósito de 2Kg/h. Además, fue establecido un método para calcular la desviación longitudinal del cordón obteniendo cuyo objetivo es obtener un valor menor o igual que 0.2, para el cual 0 es para una capa continua y un valor mayor o igual que 1 fue relacionado con un cordón no continuo completamente. Los resultados de los valores de las variables definidas fueron tratados estadísticamente para establecer tres mapas de procesamiento de depósitos de Ti6Al4V con las características objetivo y altamente repetibles. Desde los cuales fueron seleccionados parámetros óptimos para la fabricación de paredes de seis capas con velocidades de desplazamiento de la antorcha de (5, 10 y 15 mm/s) con diferentes aportes de calor. En la tercera etapa, se desarrollaron dos estrategias de fabricación aditiva las cuales fueron simuladas empleando el modelo térmico capa por capa. Después de la simulación, los depósitos multicapa fueron fabricados y monitoreados en tiempo real mediante un pirómetro infrarrojo y validar el ciclo térmico aproximado.