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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Invar verarbeitet über selektives Laserstrahlschmelzen – Mikrostruktur und mechanisches Verhalten unter quasi-statischer und zyklischer Beanspruchung

Donnerstag (19.09.2019)
17:30 - 18:00 Uhr Palaiszimmer

Die Fe-36%-Ni Legierung Invar ist bekannt für ihren geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sowie gute mechanische Eigenschaften bei kryogenen Umgebungstemperaturen. Aufgrund dieser Eigenschaften wird Invar oft in Komponenten eingesetzt, die eine hohe Zuverlässigkeit und Formstabilität über einen weiten Temperaturbereich erfordern. Zu den Einsatzgebieten zählen u.a. Präzisionsinstrumente, Uhren oder Flüssigerdgaslagertanks. Da es sich bei Invar um ein Material relativ geringer Festigkeit handelt, gestaltet sich die konventionelle Verarbeitung von komplexen Geometrien mittels spanender Bearbeitung als besonders anspruchsvoll und kostenintensiv. Eine mögliche Alternative stellen additive Fertigungsverfahren, insbesondere das selektive Laserstrahlschmelzen (SLM), dar. Das SLM-Verfahren, welches durch eine hohe Designfreiheit und Materialeffizienz gekennzeichnet ist, ermöglicht die individualisierte Herstellung geometrisch komplexer Strukturen direkt aus einem CAD-Modell. Da es sich beim selektiven Laserstrahlschmelzen um ein endkonturnahes Herstellungsverfahren handelt, ist es besonders gut für Werkstoffe geeignet, die konventionell schwer zu bearbeiten sind.

Im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen wurden Proben der Legierung Invar 36 mittels SLM hergestellt und im Anschluss an den Bauprozess einer Wärmebehandlung unterzogen. Neben Untersuchungen der Mikrostruktur (Rasterelektronenmikroskopie und Mikro-Computertomographie) wurde eine Messung des thermischen Ausdehungskoeffizienten mittels Dilatometrie durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen eine für das SLM-Verfahren typische Mikrostruktur mit überwiegend stängelkristallinen Körnern in Aufbaurichtung, die eine ⟨001⟩ - Vorzugsorientierung aufweisen sowie einen im Vergleich zu konventionellem Invar leicht erhöhten, jedoch immer noch ausreichend geringen, thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Die vorliegende Studie befasst sich im Wesentlichen mit der mechanische Charakterisierung des SLM-Invars. Dazu wurden Zug- sowie dehnungsgeregelte Ermüdungsversuche an Proben, deren Lastachse parallel zur Baurichtung lag, durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen ein duktiles, nahezu ideal-plastisches Materialverhalten sowie ein zuverlässiges, gut vorhersagbares Ermüdungsverhalten.

 

Sprecher/Referent:
Thomas Wegener
Universität Kassel
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Thomas Niendorf
    Universität Kassel
  • Andreas Fischer
    Universität Kassel
  • Dr. Florian Brenne
    University of Illinois
  • Dr. Timo Möller
    Carl Zeiss SMT GmbH
  • Benian Balci
    Hochschule Aalen