Università dell’Arkansas: fatica a ciclo ridotto in acciaio inossidabile 17-4PH stampato in 3D
Kaley Collins ha recentemente presentato una tesi, ” Comportamento alla fatica a ciclo estremamente basso di acciaio inossidabile 17-4PH fabbricato in modo addizionale “, al Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università dell’Arkansas . Ricercando il comportamento dell’acciaio inossidabile e dei regimi di fatica a basso ciclo, Collins spiega che l’obiettivo del progetto di tesi era sviluppare curve di deformazione per eliminare i guasti nelle strutture metalliche.
In questo studio, l’attenzione è rivolta ai dispositivi di dissipazione dell’energia che consentono alle strutture di gestire il carico sismico, resistendo a stress catastrofici come i terremoti. Con la stampa 3D e i processi di produzione additiva al lavoro in così tante applicazioni industriali oggi, gli utenti stanno beneficiando dei numerosi vantaggi della stampa 3D, dalla maggiore convenienza, velocità ed efficienza, alla capacità di creare geometrie complesse che prima non erano possibili.
Centrato intorno all’acciaio inossidabile 17-4PH, Collins confronta i dispositivi di dissipazione sismica realizzati con metodi convenzionali e stampa 3D. Mentre i professionisti coinvolti nella stampa 3D sono spesso esaltati, ci sono ancora molte sfide da superare quando gli utenti intraprendono progetti nuovi e innovativi, oltre a approfondire ulteriormente la funzionalità di parti complesse piuttosto che solo prototipi rapidi.
I difetti interni continuano a essere una fonte di studio per i ricercatori di tutto il mondo, sperando di eliminare i problemi con nuovi strumenti , materiali , sistemi di monitoraggio e altro ancora. Nella stampa su metallo, i vuoti possono essere i catalizzatori per guasti, così come le aree “a strati a caldo” che causano un indebolimento delle stampe.
“Una migliore comprensione delle prestazioni dei materiali AM nel regime ELCF [fatica a ciclo estremamente basso] fornirà una comprensione delle prestazioni dei materiali durante i carichi di tipo sismico e consentirà la costruzione di geometrie ottimizzate a forma libera per i dispositivi di dissipazione dei terremoti”, spiega Collins.
Il carico a fatica per tutti gli esperimenti nello studio è stato controllato dalla deformazione, con campioni sottoposti a sollecitazione, che hanno attraversato cicli fino al punto di fallimento. Cinque campioni (XS) sono stati realizzati da partner del settore, ha spiegato l’autore, mentre gli altri otto (NS) sono stati creati presso il National Institute of Standards and Technology . Prima che il team di ricerca li rimuovesse dalla piastra di costruzione, tutti i campioni NS venivano sottoposti a trattamento termico, mentre i campioni XS no.
Le valutazioni di deformazione controllate sono state eseguite con una macchina di prova della fatica servo-idraulica, con l’uso di un estensimetro a lama di coltello direttamente in seguito per valutare se sono stati applicati intervalli di deformazione adeguati.
Per tutti i campioni, il comportamento tipico ha comportato il collo e la frattura dopo diversi cicli anelastici; tuttavia, sull’uso del trattamento termico, non ci sono stati “effetti osservabili” sul comportamento dell’ELCF.
Complessivamente, l’acciaio inossidabile AM 17-4PH ha dimostrato una durata a fatica inferiore rispetto all’acciaio inossidabile 17- 4PH lavorato mentre venivano eseguite deformazioni cicliche anelastiche.
“Vuoti e difetti nell’acciaio AM dovuti a particelle non fuse hanno contribuito alla riduzione della vita a fatica”, ha concluso Collins.
“L’acciaio inossidabile AM 17-4PH presenta una maggiore tempra post-snervamento rispetto all’acciaio inossidabile 17-4PH. Le misure di micro-durezza all’interno delle sezioni di presa e calibro dei campioni hanno dimostrato che l’indurimento post-snervamento dell’acciaio AM differisce da quello degli acciai fabbricati tradizionalmente. ”
