Study of austenite in 410 steel from additive manufacturing according to the direction of printing using ARL EQUINOX 100 XRD

Význam tématu

3D tisk kovových materiálů patří mezi nejdynamičtější výrobní technologie současnosti. Umožňuje vytvářet komplikované tvary a snižovat odpad, ale zároveň klade vysoké nároky na kontrolu mikrostruktury součástí. U oceli 410 je zásadní obsah zbytkového austenitu, který ovlivňuje mechanické vlastnosti, tvrdost i reziduální napětí. Různá orientace vrstev při aditivní výrobě pak může vést k anizotropii mikrostruktury, kterou je třeba spolehlivě detekovat a kvantifikovat.

Cíle a přehled studie

Cílem prezentované studie je analyzovat výskyt austenitu v oceli 410 vyrobené aditivní metodou v závislosti na směru tisku. Pomocí rentgenové difrakce (XRD) byly porovnány dva řezné směry – podélný a příčný k vrstvě tisku – aby se určilo, zda a v jakém množství se v materiálu vyskytuje austenit.

Použitá metodika a instrumentace

Pro měření byla použita benchtopová rentgenová difraktometrie Thermo Scientific ARL EQUINOX 100 se zdrojem Co Kα (15 W) s mikrofokusovou trubicí a křivkovým detektorem CPS.

• Mód měření: odrazová geometrie, s otáčejícím vzorkem a nastavitelnou výškou držáku.
• Doba sběru: 5 a 15 minut na jeden vzorek.
• Software: MDI JADE 2010 pro kvali- a kvantitativní analýzu fází.
• Alternativní možnost: výměna na Mo záření pro hlubší penetraci do objemu materiálu.

Hlavní výsledky a diskuse

Rentgenové difrakční vzorky ukázaly výraznou anizotropii obsahu austenitu:

• Podélně k směru tisku: detekce austenitu pod hranicí stanovitelnosti.
• Příčně k vrstvě tisku: průměrný obsah austenitu 1,3 % hmotn.

Nižší hloubka pronikání Co záření se zaměřila především na povrchovou vrstvu, kde mohly být zvýrazněny lokální variace fázového složení. Při použití Mo záření lze mapovat i vnitřní strukturu bez výrazného ovlivnění povrchových efektů.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda XRD na přístroji ARL EQUINOX 100 umožňuje:

• Rychlou a spolehlivou detekci mikrostrukturních fází v prototypových i sériově vyráběných dílech.
• Kvantifikaci zbytkového austenitu, což pomáhá optimalizovat tepelné zpracování a předcházet nežádoucím vlastnostem (praskliny, deformace).
• Monitorování anizotropie a kvality tisku pro účely QA/QC v průmyslových a akademických laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Atraktivními směry dalšího rozvoje jsou:

• In situ měření fázových přeměn během tepelné úpravy nebo tisku za vyšších teplot.
• Automatizace sběru dat a analýzy pomocí strojového učení pro rychlejší rozhodování.
• Integrace XRD s dalšími nekontaktními metodami (např. neutronová difrakce, Ramanova spektroskopie) pro komplexní charakterizaci materiálů.

Závěr

Studie potvrdila schopnost ARL EQUINOX 100 odhalit a kvantifikovat malé množství zbytkového austenitu v aditivně vyráběné oceli 410. Detekovaná anizotropie podle směru tisku ukazuje na nutnost cílené kontroly mikrostruktury při výrobě a následných tepelných úpravách. Díky možnosti volby záření (Co nebo Mo) a pokročilému softwaru je zařízení vhodné pro široké spektrum QA/QC a výzkumných aplikací.

Reference

Thermo Fisher Scientific. Study of austenite in 410 steel from additive manufacturing according to the direction of printing using ARL EQUINOX 100 XRD. Application Note AN41126, 2020.