Using the design of experiments methodology to evaluate the heat treatment of additively manufactured maraging steel

Abstract

The effect of the processing parameters on the final microstructure and mechanical properties was investigated for additively manufactured maraging tool steel 1.2709. First, an effective range of appropriate combinations of heat treatment parameters was found using the design of experiments (DOE) method. This suggested 17 variations of heat treatment regimes. The effect of input parameters (initial condition, hardening temperature, hold at hardening temperature) on the output values (mechanical properties) was then statistically evaluated. Three initial conditions of the additively manufactured (AM) steel were used: as-built, annealed at 820 °C for 1 h and annealed at 940°C for 2 h. A subsequent heat treatment in the region of 250 °C - 750 °C was considered with holds of 0e6 h at the temperatures. Based on the measured mechanical properties, regression analysis was performed and optimal models for the prediction of individual mechanical properties were produced. The coefficient of determination of the models for yield and ultimate strengths and hardness reached above 95% when hardening temperature was considered a significant factor. It was around 98% in the case of tensile strength and hardness when the additional effect of the initial condition was also included in the models. This means a very reliable prediction of those mechanical properties can be expected. On the other hand, the model for total elongation can explain only 41% of the measured values, as not a single statistically significant factor was identified.

Vliv parametrů zpracování na výslednou mikrostrukturu a mechanické vlastnosti vlastnosti byly zkoumány u aditivně vyráběné vysokopevnostní nástrojové oceli 1.2709. První, byla nalezena účinná řada vhodných kombinací parametrů tepelného zpracování pomocí metody designu experimentů (DOE). To navrhlo 17 variací tepla léčebné režimy. Vliv vstupních parametrů (počáteční stav, kalící teplota, výdrž na kalící teplotě) na výstupní hodnoty (mechanické vlastnosti) byl pak statisticky vyhodnoceny. Tři počáteční podmínky aditivně vyráběného (AM) byla použita ocel: ve skutečném stavu, žíhána při 820 C po dobu 1 h a žíhána při 940 C po dobu 2 h. A následné tepelné zpracování v oblasti 250°C - 750 °C bylo uvažováno s prodlevou do 6 h při teplotách. Na základě naměřených mechanických vlastností regrese byla provedena analýza a optimální modely pro predikci jednotlivých mechanických vlastnosti byly vyrobeny. Koeficient determinace modelů pro výnos a mezní pevnosti a tvrdosti dosáhly při teplotě kalení nad 95 %. Považován za významný faktor. Ta se pohybovala kolem 98 % v případě pevnosti v tahu a tvrdost, kdy byl do modely. To znamená, že lze očekávat velmi spolehlivou předpověď těchto mechanických vlastností. Na druhou stranu model pro celkové protažení může vysvětlit pouze 41 % z toho naměřených hodnot, jelikož nebyl identifikován jediný statisticky významný faktor.