scholarly journals Effect of Sigma Phase in Wire Arc Additive Manufacturing of Superduplex Stainless Steel

Metals ◽  
2021 ◽  
Vol 11 (12) ◽  
pp. 2045
Author(s):  
Odd M. Akselsen ◽  
Ruben Bjørge ◽  
Håkon Wiik Ånes ◽  
Xiaobo Ren ◽  
Bård Nyhus
Keyword(s):  
Additive Manufacturing ◽  
Sigma Phase ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Transmission Electron ◽  
Superduplex Stainless Steel ◽  
Crack Tip Opening ◽  
Wire Arc Additive Manufacturing ◽  
Interpass Temperature ◽  
Selection Of

In the present study, the thermal program in wire and arc additive manufacturing has been varied in terms of heat input and interpass temperature. Three walls were completed with subsequent Charpy V impact toughness and crack-tip opening displacement fracture toughness, together with a detailed microstructure characterization using light microscopy and scanning and transmission electron microscopy. The results clearly demonstrate that the formation of sigma phase may deteriorate the toughness of superduplex components. Such formation may take place under prolonged cooling time, which may occur when subsequent passes are deposited with too high interpass temperatures. This transformation behavior may limit the productivity in additive manufacturing of such steels and care must be taken in selection of proper combination of arc energy and interpass temperature.

scholarly journals Additive Manufacturing with Superduplex Stainless Steel Wire by CMT Process

Metals ◽  
2020 ◽  
Vol 10 (2) ◽  
pp. 272 ◽  
Author(s):  
Malin Lervåg ◽  
Camilla Sørensen ◽  
Andreas Robertstad ◽  
Bård M. Brønstad ◽  
Bård Nyhus ◽  
...  
Keyword(s):  
Additive Manufacturing ◽  
Volume Fraction ◽  
Steel Wire ◽  
Oil And Gas Industry ◽  
Secondary Phases ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Σ Phase ◽  
Wide Range ◽  
Wire Arc Additive Manufacturing

For many years, the oil and gas industry has utilized superduplex stainless steels due to their high strength and excellent corrosion resistance. Wire arc additive manufacturing (WAAM) was used with superduplex filler wire to create walls with different heat input. Due to the multiple heating and cooling cycles during layer deposition, brittle secondary phases may form such as intermetallic sigma (σ) phase. By inspecting deposited walls within wide range of heat inputs (0.40–0.87 kJ/mm), no intermetallic phases formed due to low inter-pass temperatures used, together with the high Ni content in the applied wire. Lower mechanical properties were observed with high heat inputs due to low ferrite volume fraction, precipitation of Cr nitrides and formation of secondary austenite. The walls showed good toughness values based on both Charpy V-notch and CTOD (crack tip opening displacement) testing.

Experimental Study on Fracture Toughness of Q460C the High-Strength Construction Steel at Low Temperature

2011 ◽  
Vol 71-78 ◽  
pp. 890-897 ◽  
Author(s):  
Yuan Qing Wang ◽  
Yun Lin ◽  
Yan Nian Zhang ◽  
Yong Jiu Shi
Keyword(s):  
Low Temperature ◽  
High Strength ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Three Point Bending ◽  
Function Fitting ◽  
Ductile Brittle Transition Temperature ◽  
Boltzmann Function ◽  
Fracture Appearance ◽  
Crack Tip Opening

Three point bending tests were carried out on 14mm-thick Q460C the high-strength structural steel at low temperature, and scanning electronic microscope of the fracture appearance was analyzed. The results showed that the obvious feature of brittle mechanism was shown on the three point bending specimen fracture whose testing took place at -40°C. And the crack tip opening displacement value of Q460C steel, which was less than that of Q235 steel, Q345 steel and Q390 steel at low temperature, tended to decrease with respect to the temperature reduction. Moreover, a Boltzmann function fitting analysis was applied to the experimental data, and the ductile-brittle transition temperature and the changing regularity were obtained.

Investigation of metal cored arc welded FCA (fatigue crack arrester) steel in terms of microstructure, toughness and tensile properties

2018 ◽  
Author(s):  
Εμμανουήλ-Μάριος Καζασίδης
Keyword(s):  
Fatigue Crack ◽  
Tensile Properties ◽  
Arc Welding ◽  
Crack Tip ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Crack Arrester ◽  
Crack Tip Opening ◽  
Welding Technique

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποσκοπεί στη μελέτη συγκολλήσεων ελασμάτων χάλυβα τύπου ΑΗ-40 FCA (Fatigue Crack Arrester), πάχους 13 mm, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν με τη μέθοδο τόξου κοίλου ηλεκτροδίου με πυρήνα μεταλλικής σκόνης (Μetal Cored Arc Welding technique-MCAW). Η συγκεκριμένη μέθοδος συγκόλλησης επιλέχθηκε επειδή συνίσταται σε αυτοματοποιημένες διαδικασίες συγκόλλησης και ιδιαίτερα με πολλαπλά περάσματα καθώς δεν απαιτεί ενδιάμεσο καθαρισμό σκωρίας (σε αντίθεση με την FCAW). Κατά συνέπεια, οι συγκολλήσεις πραγματοποιήθηκαν με χρήση ρομποτικού μηχανισμού προκειμένου να εξασφαλιστεί η επαναληψιμότητα και η ακρίβεια των πειραματικών δοκιμών.Η διαδικασία που ακολουθήθηκε για τη μελέτη των συγκολλήσεων του χάλυβα AH-40 FCA περιλαμβάνει την εκτέλεση προπαρασκευαστικών-διερευνητικών πειραμάτων, τη διαδικασία βελτιστοποίησης ως προς τη μικροδομή και των ιδιοτήτων ένταντι εφελκυστικής φόρτισης, τη μελέτη της δυσθραυστότητας καθώς και την κατασκευή αναλυτικού μοντέλου. Πιο συγκεκριμένα: Aρχικά καθορίστηκε το εύρος των συνθηκών συγκόλλησης. Η σχετική μελέτη πραγματοποιήθηκε μέσω της διεξαγωγής μεμονωμένων στρώσεων μετάλλου στην επιφάνεια των χαλύβδινων ελασμάτων. Τα πειραματικά αποτελέσματα σε συνδυασμό με τη βιβλιογραφική ανασκόπηση, καθόρισαν το εύρος των εντέλει χρησιμοποιηθησών ρυθμών εισαγωγής θερμότητας (0.5-2.5 kJ/mm με βήμα 0.5 kJ/mm). Στη συνέχεια, η βελτιστοποίηση της συγκόλλησης πραγματοποιήθηκε βάσει των αποτελεσμάτων του μικροδομικού χαρακτηρισμού και των δοκιμών εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης. Σε αυτό το στάδιο τα παρακάτω κριτήρια καθορίστηκαν ως κρίσιμα για την επίτευξη της βέλτιστης συγκολλητής δομής:- Έκταση θερμικά επηρεασμένης ζώνης (η ελαχιστοποίηση του πλάτους της είναι επιθυμητή). Χρήση στερεοσκοπίου.- Ομοιογένεια των μικροδομικών συστατικών μεταξύ της θερμικά επηρεασμένης ζώνης, της ζώνης τήξης και του μετάλλου βάσης (η μέγιστη ομοιογένεια είναι επιθυμητή). Χρήση οπτικής μικροσκοπίας, ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης.- Κατανομή μικροσκληρομετρήσεων (ομαλή κατανομή είναι επιθυμητή, πλησιέστερη στη τιμή αναφοράς, δηλαδή στη μικροσκληρότητα του μετάλλου βάσης). Χρήση της μεθόδου Vickers.- Όριο διαρροής της συγκόλλησης (επιθυμητή η μεγιστοποίηση του ορίου διαρροής). Δοκιμή εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης- Αντοχή σε εφελκυσμό (επιθυμητή η μεγιστοποίηση της αντοχής). Δοκιμή εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης.-Επιμήκυνση θραύσης ως δείκτης της ολκιμότητας (επιθυμητή η μεγιστοποίησης της επιμήκυνσης). Δοκιμή εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης. Έπειτα, η μελέτη επικεντρώθηκε στη διερεύνηση της βέλτιστης συγκόλλησης και πιο συγκεκριμένα στην περιοχή που παρουσιάζει τη μέγιστη υποβάθμιση των μηχανικών ιδιοτήτων. Σε αυτήν πραγματοποιήθηκαν δοκιμές με χρήση προρωγματωμένων δοκιμίων για τη μέτρηση της δυσθραυστότητας με τις μεθόδους Charpy V-notch και CTOD (Crack tip opening displacement).Παράλληλα με την πειραματική διαδικασία πραγματοποιήθηκε η ανάπτυξη ενός αιτιοκρατικού αναλυτικού μοντέλου το οποίο χρησιμοποιεί ρητές-μαθηματικές εξισώσεις με διττό στόχο: την πρόβλεψη του εμβαδού της περιοχής ενίσχυσης ενός κορδονιού ευθείας ραφής, καθώς και του απαιτούμενου αριθμού κορδονιών σε μία συγκόλληση με πολλαπλά περάσματα. Η αξιοπιστία των προβλεπόμενων αποτελεσμάτων και η επαναληψιμότητα του μοντέλου επιβεβαιώθηκαν πειραματικά.

Evaluation of FCAW Consumables for Offshore and Arctic Structure Fabrication

1993 ◽  
Vol 115 (1) ◽  
pp. 76-82 ◽  
Author(s):  
S. R. Bala ◽  
L. Malik ◽  
J. E. M. Braid
Keyword(s):  
Weld Metal ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Inclusion Content ◽  
Ambient Temperatures ◽  
Weld Metals ◽  
Arctic Regions ◽  
Flux Cored Arc Welding ◽  
Crack Tip Opening ◽  
Cored Wires

A primary consideration in the welding of structures for service in Canadian offshore and arctic regions is the toughness of weld metals required at very low ambient temperatures (−30°C to −60°C). To assess the suitability of cored wires for applications in these environments, some currently available commercial consumables for the flux-cored arc welding (FCAW) process were evaluated. Cored wires belonging to four different categories: basic, rutile, metal-cored and innershield, were used to prepare welds with similar welding procedures. Weld metal Charpy V-notch (CVN) and crack tip opening displacement (CTOD) tests were carried out and the effect of weld metal composition, microstructure and inclusion content in the weld metal toughness was examined. The Charpy transition temperatures and the CTOD toughness results indicated that, of the 16 wires tested, there were only seven that would be suitable for critical applications.

Study of Constraint Issues in Elasto-Plastic Fracture Analysis Using Experimental and Finite Element Simulation

2017 ◽  
Author(s):  
Md Ibrahim Kittur ◽  
Krishnaraja G. Kodancha ◽  
C. R. Rajashekar
Keyword(s):  
Finite Element ◽  
Mild Steel ◽  
Compact Tension ◽  
Specimen Thickness ◽  
J Integral ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
3D Fea ◽  
The Comparative Study ◽  
Crack Tip Opening

In this investigation, the variation of J-integral considering Compact Tension (CT) specimen geometry varying a/W and σ using 2D and 3D elasto-plastic Finite Element (FE) analysis have been studied. Further, the investigation has been done to examine the relationship between the J and δ for varied a/W and σ. The plane stress and plane strain elasto-plastic FE analyses have been conducted on the CT specimen with a/W = 0.45–0.65 to extract the J and Crack-tip Opening Displacement (CTOD) values for mild steel. The comparative study of the variation of dn with a/W of mild steel with earlier results of IF steel is carried out. The study clearly infers the effect of yield stress on the variation of the magnitude of dn with reference to a/W ratio. The present analysis infers that while converting the magnitude of the CTOD to J one needs to carefully evaluate the value of dn depending on the material rather than considering it to be unity. Further, the study was extended to experimental and 3D FEA wherein J-integral and CTOD were estimated using the CT specimen. Experimental results reveal that the crack length, the specimen thickness, and the loading configuration have an effect on the fracture toughness measurements. The error analysis between the results obtained by 3D FEA and experimentation were conducted and found to be within limits.

Plastic relaxation at a crack tip by asymmetric slip

1988 ◽  
Vol 418 (1854) ◽  
pp. 261-280 ◽  
Keyword(s):  
Slip Band ◽  
Crack Opening ◽  
Crack Tip ◽  
Friction Stress ◽  
Small Scale ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Sharp Crack ◽  
Scale Yielding ◽  
Crack Tip Opening

Relaxation at a sharp crack tip by a single slip band is considered. It is shown that for mixed-mode loading of a plane crack in an isotropic medium there is a unique angle between the slip band and the crack for which the energy release rate (or stress intensity factor) of the crack can be reduced to zero. For such a slip-band calculations are made of the slipband length and the crack-opening displacement as a function of the loading, crack length and friction stress acting on dislocations in the slip band. For small-scale yielding, a simple model is discussed that gives a good approximation to the crack-tip opening displacement and slip-band angle.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document