VDI 3405 Blatt 2 1-2015 Additive manufacturing processes rapid manufacturing - Laser beam melting of metallic parts Material data sheet aluminium alloy AlSi10Mg.pdf

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1、ICS 25.020 VDI-RICHTLINIEN Juli 2015 July 2015 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Additive Fertigungsverfahren Laser-Strahlschmelzen metallischer Bauteile Materialkenndatenblatt Aluminiumlegierung AlSi10Mg Additive manufacturing processes, rapid manufacturing Laser beam melting of metallic parts Material d

2、ata sheet aluminium alloy AlSi10Mg VDI 3405 Blatt 2.1 / Part 2.1 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English translation

3、. VDI-Gesellschaft Produktion und Logistik (GPL) Fachbereich Produktionstechnik und Fertigungsverfahren VDI-Handbuch Produktionstechnik und Fertigungsverfahren, Band 2: Fertigungsverfahren Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrher

4、eAusgabe:07.14Entwurf, deutschFormeredition:07/14Draft,inGerman onlyZu beziehen durch/AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/ All rightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2015Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Norma

5、tive Verweise 2 3 Materialkenndatenblatt AlSi10Mg 3 Schrifttum 7 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Normative references . 2 3 AlSi10Mg material datasheet . 3 Bibliography 7 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08 2 VDI 3405 Blatt 2.1 / Part 2.1 Alle Recht

6、e vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung

7、, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtl

8、inie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3405. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 10

9、00. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-di

10、tions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/3405. Einleitung Diese Richtlinie wurde aufbauend

11、auf der Richtlinie VDI 3405 Blatt 2 erarbeitet, die das Strahlschmel-zen metallischer Bauteile als additives Fertigungs-verfahren behandelt und Materialkenndaten des Werkzeugstahls 1.2709 zur Verfgung stellt. Die vorliegende Richtlinie zeigt die in einem Ringversuch ermittelten Materialkennwerte von

12、 additiv hergestellten Bauteilen aus der Aluminium-legierung AlSi10Mg. Es wurden die in VDI 3405 Blatt 2 beschriebenen Prfverfahren und -metho-den angewandt. Da es sich dabei ausschlielich um Verfahren handelt, die dem anerkannten Stand der Technik entsprechen, ist der Vergleich mit den Kenndaten vo

13、n herkmmlichen Fertigungsverfah-ren mglich. Introduction This standard has been compiled on the basis of standard VDI 3405 Part 2, which is concerned with the beam melting of metallic parts as an additive manufacturing process and includes material data for grade 1.2709 tool steel (maraging steel).

14、This standard contains material characteristic data for additively manufactured parts made from the aluminium alloy AlSi10Mg obtained in a round robin test. The test procedures and methods de-scribed in VDI 3405 Part 2 were used. Since all these procedures and methods correspond to rec-ognised indus

15、try standards, it is possible to com-pare the characteristic values with those of conven-tional manufacturing processes. 1 Anwendungsbereich Die Richtlinie gilt fr Bauteile aus AlSi10Mg, die mit dem Laser-Strahlschmelzen hergestellt wurden. 1 Scope This standard applies to parts made from AlSi10Mg w

16、hich were manufactured by laser beam melting. 2 Normative Verweise Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieser Richtlinie erforderlich: DIN EN 1706:2013-12 Aluminium und Alumini-umlegierungen; Gussstcke; Chemische Zu-sammensetzung und mechanische Eigenschaf-ten; Deutsche Fassung E

17、N 1706:2010 DIN EN ISO 6506-1:2015-02 Metallische Werk-stoffe; Hrteprfung nach Brinell; Teil 1: Prf-verfahren (ISO 6506-1:2014); Deutsche Fas-sung EN ISO 6506-1:2014 2 Normative references The following referenced documents are indispen-sable for the application of this standard: DIN EN 1706:2013-12

18、 Aluminium and aluminium alloys; Castings; Chemical composition and mechanical properties; German version EN 1706:2010 DIN EN ISO 6506-1:2015-02 Metallic materials; Brinell hardness test; Part 1: Test method (ISO 6506-1:2014); German version EN ISO 6506-1:2014 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB

19、7EF86D9NormCD - Stand 2015-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 3405 Blatt 2.1 / Part 2.1 3 VDI 3405 Blatt 2:2013-08 Additive Fertigungsver-fahren, Strahlschmelzen metallischer Bauteile, Qualifizierung, Qualittssicherung und Nachbe-arbeitung VDI 3405 Part 2:2013

20、-08 Additive manufacturing processes, rapid manufacturing; Beam melting of metallic parts; Qualification, quality assur-ance and post processing 3 Materialkenndatenblatt AlSi10Mg Die chemische Zusammensetzung in prozentualen Massenanteilen von AlSi10Mg ist in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1. Normwe

21、rte und gemessene Zusam-mensetzung der Bauteile im Ringversuch von AlSi10Mg Element Normwerte a)in % Messwerte Ring-versuch b)in % Al Rest 88,5589,46 Si 9,011,0 10,011,0 Fe 0,55 0,130,25 Cu 0,05 0,00,03 Mn 0,45 0,00,03 Mg 0,200,45 0,300,45 Zn 0,10 0,00,01 Ti 0,15 0,010,03 Ni 0,05 0,010,02 Pb 0,05 0,

22、00,0 Sn 0,05 0,00,01 a) Angabe laut DIN EN 1706, EN AC-43000, EN AC-AlSi10Mg(a). Die angegebenen Grenzwerte sind Ma-ximalwerte, sofern nicht ein Bereich angegeben ist. b)Diese Werte basieren auf der chemischen Analyse durch Glimmentladungsspektroskopie (GDOES) von durch Laser-Strahlschmelzen hergest

23、ellten Testkrpern. Die Ergebnisse der Hrtemessung von AlSi10Mg sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Die Rich-tung der Hrtemessung ist in Bild 1 definiert. Die additiv gefertigten Schichten sind in dem Bild schematisch dargestellt. Die weiteren mechani-schen Eigenschaften zeigt Tabelle 3. Dabei wird d

24、ie Anisotropie der mit dem Laser-Strahlschmelzen hergestellten Bauteile durch unterschiedliche Po-larwinkel bei der Herstellung der Probekrper be-rcksichtigt. Bild 1. Definition der Messrichtung bei der Hrte-messung 3 AlSi10Mg material datasheet The chemical composition of AlSi10Mg in per-centage ma

25、ss fractions is shown in Table 1. Table 1. Standard values and composition of AlSi10Mg parts measured in the round robin testElement Standard values a)in % Measured values from the round robin test b), in % Al Balance 88,5589,46 Si 9,011,0 10,011,0 Fe 0,55 0,130,25 Cu 0,05 0,00,03 Mn 0,45 0,00,03 Mg

26、 0,200,45 0,300,45 Zn 0,10 0,00,01 Ti 0,15 0,010,03 Ni 0,05 0,010,02 Pb 0,05 0,00,0 Sn 0,05 0,00,01 a) Data according to DIN EN 1706, EN AC-43000, EN AC-AlSi10Mg(a). Limits are expressed as a maximum unless shown as a range. b)These values are based on the chemical analysis by Glow Discharge Optical

27、 Emission Spectroscopy (GDOES) of test specimens manufactured by laser beam melting. The results of the AlSi10Mg hardness measure-ment are shown in Table 2. Figure 1 indicates the test direction for the hardness measurement and also shows the additively manufactured layers. Additional mechanical pro

28、perties are shown in Table 3. The anisotropy of laser beam melted parts is taken into account by different polar angles during the production of test specimens. Figure 1. Illustration of the measuring direction for hardness measurements B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 20

29、15-08 4 VDI 3405 Blatt 2.1 / Part 2.1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Tabelle 2. Hrte von AlSi10Mg Laser-Strahlschmelzen Stangenmaterial unbehandelt lsungsgeglht a)T6-Wrmebehandlung b) Gusszustand T6-Wrme-behand-lungMessrichtung Messrichtung Messrichtung 1 2

30、1 2 1 2 Hrte in HBW 105119 95108 6674 6372 90101 85100 50 c)55 d)75 c)90 d)a)Lsungsglhen: 6 h bei 525 C b)T6-Wrmebehandlung: Lsungsglhen: 6 h bei 525 C Abschrecken in Wasser Warmauslagern: 7 h bei 165 C c)untere Grenzwerte der mechanischen Eigenschaften von Sandgusslegierungen fr getrennt gegossene

31、Probestbe fr EN AC-Al Si10Mg(a) aus DIN EN 1706 d)untere Grenzwerte der mechanischen Eigenschaften von Kokillengusslegierungen fr getrennt gegossene Probestbe fr EN AC-Al Si10Mg(a) aus DIN EN 1706 Tabelle 3. Mechanische Eigenschaften von AlSi10Mg Laser-Strahlschmelzen Stangenmaterial unbehandelt lsu

32、ngsgeglht a)T6-Wrme-behandlung b) Guss-zustand T6-Wrme-behandlungPolarwinkel c)0 45 90 0 45 90 0 45 90 E-Modul in GPa 68 78 71 76 67 72 57 73 60 72 66 73 69 77 70 80 71 76 Dehngrenze Rp0,2 in MPa 210 272 213 295 239 292 126 160 134 156 132 151 222 260 226 271 225 362 80 d)90 e)180 d)220 e)Zugfestigk

33、eit Rm in MPa 353 482 370 478 372 473 221 254 239 260 236 257 281 309 289 320 287 311 150 d)180 e)220 d)260 e)Bruchdehnung A5 in % 2 5 4 6 4 7 11 18 12 18 10 17 6 10 5 9 5 10 2 d)2,5 e)1 d)1 e)a)Lsungsglhen: 6 h bei 525 C b)T6-Wrmebehandlung: Lsungsglhen: 6 h bei 525 C Abschrecken in Wasser Warmausl

34、agern: 7 h bei 165 C c)Polarwinkel nach VDI 3405 Blatt 2: 0: stehend, 90: liegend d)untere Grenzwerte der mechanischen Eigenschaften von Sandgusslegierungen fr getrennt gegossene Probestbe fr EN AC-Al Si10Mg(a) aus DIN EN 1706 e)untere Grenzwerte der mechanischen Eigenschaften von Kokillengusslegier

35、ungen fr getrennt gegossene Probestbe fr EN AC-Al Si10Mg(a) aus DIN EN 1706 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 3405 Blatt 2.1 / Part 2.1 5 Table 2. Hardness of AlSi10Mg Laser beam melting Bar ma

36、terial as manufactured solution-annealed a)T6 heat treatment b) as-cast T6 heat treatmentmeasuring direction measuring direction measuring direction 1 2 1 2 1 2 Hard-ness, in HBW 105119 95108 6674 6372 90101 85100 50 c)55 d)75 c)90 d)a)solution annealing: 6 h at 525 C b)T6 heat treatment: solution a

37、nnealing: 6 h at 525 C quenching in water artificial ageing: 7 h at 165 C c)lower limits of mechanical properties of sand-cast alloys for individually cast test bars for EN AC-Al Si10Mg(a) based on DIN EN 1706 d)lower limits of mechanical properties of gravity die-cast alloys for individually cast t

38、est bars for EN AC-Al Si10Mg(a) based on DIN EN 1706 Table 3. Mechanical properties of AlSi10Mg Laser beam melting Bar material as manufactured solution-annealed a)T6 heat treatment b) as-cast T6 heat treatmentpolar angle c)0 45 90 0 45 90 0 45 90 Modulus of elasticity in GPa 68 78 71 76 67 72 57 73

39、 60 72 66 73 69 77 70 80 71 76 Yield strength Rp0,2 in MPa 210 272 213 295 239 292 126 160 134 156 132 151 222 260 226 271 225 362 80 d)90 e)180 d)220 e)Tensile strength Rm in MPa 353 482 370 478 372 473 221 254 239 260 236 257 281 309 289 320 287 311 150 d)180 e)220 d)260 e)Elongation at break A5 i

40、n % 2 5 4 6 4 7 11 18 12 18 10 17 6 10 5 9 5 10 2 d)2,5 e)1 d)1 e)a)solution annealing: 6 h at 525 C b)T6 heat treatment: solution annealing: 6 h at 525 C quenching in water artificial ageing: 7 h at 165 C c) polar angle as per VDI 3405 Part 2: 0: upright, 90: horizontal d)lower limits of mechanical

41、 properties of sand-cast alloys for individually cast test bars for EN AC-Al Si10Mg(a) based on DIN EN 1706 e)lower limits of mechanical properties of gravity die-cast alloys for individually cast test bars for EN AC-Al Si10Mg(a) based on DIN EN 1706 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9Nor

42、mCD - Stand 2015-08 6 VDI 3405 Blatt 2.1 / Part 2.1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Zum Vergleich werden in beiden Tabellen Litera-turwerte von Stangenmaterial angegeben. Die Aus-wertung der Zugversuche erfolgte nach DIN EN ISO 6892-1, Teil B an Proben gem DI

43、N 50125 B 525. Unterschiede der Festigkeitswerte der strahlgeschmolzenen Legierung AlSi10Mg knnen resultieren aus der Temperaturfhrung und Temperaturvertei-lung whrend des Bauprozesses, der verwendeten Anlage und eingestellten Prozessparametern, der Orientierung, Lage, Gre und Anzahl der Proben in d

44、er Baukammer, der Gte des eingesetzten Metallpulvers und einer eventuell anschlieenden Wrmebehand-lung. Die gemessene Oberflchenrauheit von AlSi10Mg ist in Tabelle 4 zusammengefasst. Tabelle 4. Oberflchenrauheit Zustand Mittlere Rautiefe Rzin m Laser-Strahlschmelzen, unbehandelt 72141 Laser-Strahlsc

45、hmelzen, Siliziumcarbid-(SiC-)gestrahlt 3648 The literature values for bar material are given in both tables for comparison. The tensile tests were analysed as per DIN EN ISO 6892-1, Part B on ten-sile specimens B 525 conforming to DIN 50125. Differences in the strength values of the beam-melted AlS

46、i10Mg alloy can result from the temperature control and distribution during the build process, the system used and the process parameters, the orientation, position, size and number of specimens in the build chamber, the quality of the metal powder used, and any subsequent heat treatment. The measur

47、ed surface roughness of AlSi10Mg is shown in Table 4. Table 4. Surface roughness Condition Mean roughness Rz in m Laser beam melting, as manufactured 72141 Laser beam melting, blasted with silicon carbide (SIC) 3648 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08All rights reser

48、ved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 3405 Blatt 2.1 / Part 2.1 7 Schrifttum / Bibliography DIN 50125:2009-07 Prfung metallischer Werkstoffe; Zug-proben (Testing of metallic materials; Tensile test pieces). Berlin: Beuth Verlag DIN EN 1706:2013-12 Aluminium und Aluminiumlegierun-gen; Gussstcke; Chemische Zusammensetzung und mechani-sche Eigenschaften; Deutsche Fassung EN 1706:2010 (Alu-minium and aluminium alloys; Castings; Chemical composi-tion and mechanical properties; German v