Laser Beam Melting of Functionally Graded Materials with Application-Adapted Tailoring of Magnetic and Mechanical Performance
Loading...
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Elsevier
Abstract
ENG: The processing of functionally graded materials (FGMs) using laser beam melting (LBM) is a promising technique for increasing the efficiency of conventional machine components, especially for e-mobility. Therefore, the aim of the current study is to prove the manufacturability of tailored mechanical and magnetic properties in a rotor for an electric motor. For this purpose, the design of additively manufactured rotors with application-adapted tailoring of the properties in the same component using FGM was proposed. The first step was to investigate whether the FGM of the components, i.e. soft-magnetic steel for the rotor core and high-strength steel for the rotor shaft ends, are suitable for machining by LBM. Subsequently, multi-material samples of the two investigated steel types with their different arrangement were processed by LBM. Furthermore, post-processing heat treatments and their effects on the microstructure and resulting magnetic properties as well as the mechanical performance of mono- and multi-material samples were analyzed. The combination of LBM and an additional post heat treatment enables both the formation of a good adhesive bond between the two alloys and the desired tailoring of the properties in the FGMs investigated.
UKR: Обробка функціонально-градієнтних матеріалів (або матеріалів з програмованою неоднорідністю) за допомогою лазерно-променевого плавлення є перспективною технологією для підвищення ефективності компонентів машин, особливо для електромобілів. Таким чином, метою поточного дослідження є доведення технологічності індивідуально спроектованих механічних та магнітних властивостей ротора для електродвигуна. Для цього було запропоновано проект додаткової обробки роторів виробництва з експлуатаційно-орієнтованими властивостями того самого компонента за допомогою функціонально-градієнтних матеріалів. Першим кроком було дослідити, чи функціонально-градієнтні матеріали компонентів, тобто магнітно-м’яка сталь для серцевини ротора та високоміцна сталь для кінців валу ротора, придатна для обробки за допомогою лазерно-променевого плавлення. Далі багатоматеріальні зразки з двох досліджуваних типів сталі з різним розташуванням були оброблені за допомогою лазерно-променевого плавлення. Крім того, була проаналізована наступна термічна обробка та її вплив на мікроструктуру й отримані магнітні властивості, а також механічні характеристики зразків з моно- та декількох матеріалів. Комбінація лазерно-променевої обробки та додаткової термічнообробки дозволяє як утворення гарного адгезійного зв’язку між двома сплавами, так і отримання бажаних властивостей досліджуваних функціонально-градієнтних матеріалів.
UKR: Обробка функціонально-градієнтних матеріалів (або матеріалів з програмованою неоднорідністю) за допомогою лазерно-променевого плавлення є перспективною технологією для підвищення ефективності компонентів машин, особливо для електромобілів. Таким чином, метою поточного дослідження є доведення технологічності індивідуально спроектованих механічних та магнітних властивостей ротора для електродвигуна. Для цього було запропоновано проект додаткової обробки роторів виробництва з експлуатаційно-орієнтованими властивостями того самого компонента за допомогою функціонально-градієнтних матеріалів. Першим кроком було дослідити, чи функціонально-градієнтні матеріали компонентів, тобто магнітно-м’яка сталь для серцевини ротора та високоміцна сталь для кінців валу ротора, придатна для обробки за допомогою лазерно-променевого плавлення. Далі багатоматеріальні зразки з двох досліджуваних типів сталі з різним розташуванням були оброблені за допомогою лазерно-променевого плавлення. Крім того, була проаналізована наступна термічна обробка та її вплив на мікроструктуру й отримані магнітні властивості, а також механічні характеристики зразків з моно- та декількох матеріалів. Комбінація лазерно-променевої обробки та додаткової термічнообробки дозволяє як утворення гарного адгезійного зв’язку між двома сплавами, так і отримання бажаних властивостей досліджуваних функціонально-градієнтних матеріалів.
Description
Y. Frolov: ORCID 0000-0001-6910-6223
Keywords
laser beam melting, soft-magnetic iron-silicon alloy, quenched and tempered steel, vfunctionally graded material, magnetic properties, mechanical properties, лазерно-променеве плавлення, м’яко-магнітний сплав, загартована та відпущена сталь, функціонально-градієнтний матеріал, магнітні властивості, механічні властивості, КОМТ
Citation
Andreiev A., Hoyer K.-P., Dula D., Hengsbach F., Grydin O., Frolov Y., Schaper M. Laser Beam Melting of Functionally Graded Materials with Application-Adapted Tailoring of Magnetic and Mechanical Performance. Materials Science and Engineering: A. 2021. Vol. 822. 141662. DOI: 10.1016/j.msea.2021.141662. Full text is not available.