Sviluppo di Acciaio AISI 316L tramite il processo additivo di Direct Energy Deposition = Development of AISI 316L steel through the additive process of Direct Energy Deposition

La presente tesi riporta il lavoro svolto in collaborazione con Prima Industrie S.p.A. in cui si studiano gli effetti dei parametri di processo sulle caratteristiche geometriche e microstrutturali di varie tipologie di campioni, realizzati in acciaio AISI 316L mediante la tecnologia additiva di Direct Energy Deposition. Per tale scopo la fase di analisi è stata articolata in due parti: la prima riguardante la polvere di AISI 316L e la seconda riguardante i campioni depositati (Single Scan Tracks, Single Layers, Thin Walls, Massive Cubes). Lo studio eseguito sulla polvere ha previsto il calcolo della distribuzione granulometrica delle particelle, da cui è stato ricavato il diametro massimo di 110 [µm] in unione ad altri diametri specifici 54 [µm] (d10) e 80 [µm] (d50). La morfologia delle particelle è risultata sferica ed in alcuni casi irregolare, con un valore di porosità residua di (0,47% ± 0,37%) e sono stati riscontrati alcuni ossidi superficiali: ossido di silicio (SiO2) e Rhodonite (MnSiO3). In seguito, sono stati osservati al microscopio ottico gli SST, SL, TW in cross section per ottenere un set ottimale dei seguenti parametri: potenza del laser, velocità di scansione, velocità di rotazione del powder feeder, HD (hatching distance) HD e ΔZ. Per quanto riguarda le analisi condotte sui Single Scan Tracks (SST), sono stati ricavati i valori ottimali di potenza del laser del 50% - 60% e velocità di scansione del 50% - 80%, tramite le dimensioni g (altezza) ed L (larghezza) dei melt-pools. Le analisi condotte sui Single Layers (SL) hanno permesso di definire il valore ottimale di HD pari a 0,65, corrispondente al 35% di overlap, quelle sui Thin Walls (TW) il valore ottimale pari a 0,7, corrispondente al 30% di overlap. Nella parte finale del presente lavoro di tesi sono state condotte le analisi sui cubi (Massive Cubes) mediante le osservazioni compiute allo stereomicroscopio, al microscopio ottico e al SEM. E’ stata riscontrata l’assenza di scostamenti rilevanti tra ∆Z teorico e ∆Z reale, eccetto i casi dei cubi n°2 e n°6 in cui sono state rintracciate variazioni di circa 0,10 [µm]. Lo studio di carattere microstrutturale ha permesso di rilevare i parametri ottimali per la realizzazione di campioni massivi con una elevata densità relativa in base al calcolo dell’area di difettosità presente. Infatti, l’analisi ha permesso di determinare che il campione costruito con i parametri associati al cubo n°6 presenta i valori più bassi di porosità (0,012% ± 0,018%). In questo modo, sono stati definiti i seguenti parametri ottimali: potenza del laser del 50%-60%, velocità di scansione dell’80%, velocità di rotazione powder feeder dello 0,6%, HD di 0,65 (35% di overlap) e Z-step di 0,7 (30% di overlap). È stato valutato anche l’effetto dello shielding gas su due coppie di cubi (n° 7 – n° 10 e n° 12 – n° 13) e dai risultati ottenuti è stato dedotto che l’effetto non sia quello sperato, ossia di proteggere il campione da azioni di ossidazione superficiale. Inoltre, sono stati rintracciati mediante analisi EDS di linea pori di grandi dimensioni e forme irregolari, ossidi di dimensioni ridotte e forme circolari (ossido di silicio (SiO2) e Rhodonite (MnSiO3). Sono state misurate le PDAS (Primary Dendritic Arm Spacing) delle dendriti per tutti i cubi ed è stato rintracciato il range comune di 3,5 – 5,5 [µm], concorde con i valori presenti in letteratura.