The deformation rate sensitivities of additively and conventionally fabricated 316L alloys

Abstract

The compression stress-strain behavior of a Scanning Laser Melt 316L (SLM-316L) and an annealed and extruded commercial 316L (C-316L) were determined between 1x10-3 s-1 and 2500-3150 s-1. SLM-316L deformed by twinning and slip, while C-316L by martensitic transformation and slip with no fracture until about 0.51 strain. The higher yield strength of SLM-316L than C-316L was attributed to the higher dislocation density of SLM-316L. The higher work hardening rate of C-316L alloy was proved due to the higher resistance of martensite plate than twin boundary to the dislocation motion. As the strain rate increased, both alloys showed increased flow stresses. However, the rate sensitivities declined as the strain increased due to the adiabatic heating at high strain rates. The Johnson and Cook flow stress material models of both alloys were further determined for the adiabatic and isothermal conditions. The martensite formation in C-316L specimens and twinning formation in SLM-316L alloys decreased at high strain rates compared to quasi-static strain rates. The XRD spectra of C-316L also confirmed the reduced martensite formation at high strain rates. The reduced twin and martensite formation at high strain rates were attributed to the increased stacking fault energy due to the adiabatic heating of the test specimens. The increase of stacking fault energy at high strain rates promoted a higher fraction of the deformation by slip. Lastly, the reloading tests revealed a strain-rate history effect in SLM-316L and no strain-rate history effect in C-316L.

Seçici Lazer Ergitme yöntemi ile eklemeli olarak üretilmiş 316L (SLM-316L) ve ekstrüde edilmiş-tavlanmış ticari 316L (C-316L) alaşımlarının basma testi altındaki gerilim-gerinim davranışı, statik (1x10-3 s-1) ve dinamik (2500-3150 s-1) hızlar arasında belirlendi. SLM-316L, ikizlenme ve kayma yoluyla deforme olurken, C-316L martenzitik dönüşümle deforme olmuştur ve her iki alaşım da yaklaşık 0,51 gerinim değerine kadar kırılma olmadan deforme olmuşlardır. SLM-316L'nin C-316L'den daha yüksek akma dayanımı, SLM-316L'nin daha yüksek dislokasyon yoğunluğuna atfedilmiştir. C-316L alaşımının daha yüksek pekleşme (iş sertleşmesi) hızı, martenzit plakalarının, dislokasyon hareketine karşı, ikiz sınırlarına kıyasla, daha yüksek direnç göstermesine atfedilmiştir. Gerinim hızı arttıkça, her iki alaşımın akış gerilmelerinde artış görülmüştür. Ancak, yüksek gerinim hızlarında, gerinim arttıkça artan adyabatik ısınma nedeniyle gerinim hızı hassasiyetleri düşmüştür. Her iki alaşımın Johnson-Cook malzeme model parametreleri, adyabatik ve izotermal koşullar için ayrıca belirlenmiştir. C-316L numunelerindeki martenzit oluşumu ve SLM-316L numunelerindeki ikiz oluşumu statik gerinim hızlarına kıyasla yüksek gerinim hızlarında azalmıştır. C-316L'nin XRD spektrumları da yüksek gerinim hızlarında martenzit oluşumunun azaldığını doğrulamıştır. Yüksek gerinim hızlarında azalan ikizlenme ve martenzit oluşumu, test numunelerinin adyabatik ısınması nedeniyle artan istif bozukluğu enerjisine bağlanmıştır. Yüksek gerinim oranlarında istif bozukluğu enerjisinin artması, kayma ile deformasyonu teşvik etmiştir. Son olarak, yeniden yükleme testleri, SLM-316L'de bir gerinim hızı geçmişi etkisi ortaya koyarken C-316L'de bu etkinin olmadığını ortaya çıkarmıştır.