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저자정보
Kyeongsik Ha (Pusan National University) Young Hoon Moon (Pusan National University) Tae Hwan Kim (Lincsolution Co. LTD) Gyeong Yun Baek (Gwangju University) Ki Yong Lee (Korea Institute of Industrial Technology) Do-sik Shim (Korea Maritime and Ocean University) Wookjin Lee (Pusan National University)
저널정보
대한금속·재료학회 Metals and Materials International Metals and Materials International Vol.29 No.5
발행연도
2023.5
수록면
1,399 - 1,420 (22page)
DOI
10.1007/s12540-022-01293-7

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This study aimed to develop a computational methodology to estimate the residual stress formation behavior followed by direct energy deposition of high-speed tool steel hard materials. First, evolutions of substrate distortions followed by the depositions of AISI M4 tool steel layers were investigated by experiments and the results were analyzed using the elasticity-based Stoney’s approach. The results revealed significant additional distortion caused by the temperature gradient formed when depositing the first M4 layer. Distortions occurring on depositing the second and subsequent M4 layers could be approximated as linearly increasing with the total M4 layer thickness, indicating a stable inherent shrinkage strain for each layer deposition process. It was also clearly revealed that the elastic Stoney’s approach is not capable of predicting the residual stress in the studied direct energy deposition system as significant plastic deformations are expected to occur. Based on the experimental observations, a phenomenological finite element (FE) model was developed considering the elastoplastic behavior of materials. The FE simulation results showed very good agreement with the experimentally measured distortions during the M4 deposition process in a wide range of deposition areas and thicknesses. Thus, the proposed model can be used effectively for controlling the distortions and analyzing residual stress evolutions during hard-facing or repairing processes using direct energy deposition.
#Direct energy deposition · Hard facing · Distortion · Residual stress · Finite element method

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