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

Einfluss des Pulveraufstickens auf die Werkstoffeigenschaften des mittels Laser-powder bed fusion (L-PBF) hergestellten Werkzeugstahls X30CrMo7-2

Mittwoch (18.09.2019)
14:30 - 15:00 Uhr Petersburg

Die additive Fertigung (additive manufacturing, AM) im Pulverbettverfahren (laser-powder bed fusion, L-PBF) ermöglicht durch den schichtweisen Aufbau die Herstellung von komplexen Strukturen mit einem hohen geometrischen Freiheitsgrad. Jedoch gelten viele Restriktionen bezüglich des Verfahrens, insb. in der Werkstoffauswahl, da im Bereich der Eisenbasiswerkstoffe bisher nur wenige Werkstoffe untersucht wurden und für jedes Material eigene Prozessparameter zur Herstellung von möglichst volldichten Bauteilen benötigt werden. Die Erweiterung und Modifizierung von für AM verfügbaren Pulverwerkstoffen, insb. von Fe-Legierungen, für das L-PBF ist deshalb ein wichtiger Schritt, um die Anwendbarkeit und Akzeptanz dieses Verfahrens weiter zu erhöhen.

Der Werkstoff X30CrMo7-2 wird in Pulverform mit Stickstoff mittels Gasnitrierung angereichert. Das modifizierte Pulver wird bezüglich seiner Fließeigenschaften und Partikelgrößenverteilung untersucht, um sicherzustellen, dass die Eigenschaften für den L-PBF Prozess geeignet sind. Anschließend werden zylindrische Proben aus dem Ausgangspulver und aus dem aufgestickten Pulver zur Bewertung der Mikrostruktur, der Defektverteilung und der quasistatischen Druckeigenschaften hergestellt.

Die Pulvereigenschaften werden durch den Nitriervorgang nur geringfügig beeinflusst. Die Ergebnisse zur Untersuchung der Mikrostruktur zeigen, dass während des Aufschmelzvorgangs das Ausgasen des Stickstoffs begünstigt wird, wodurch eine hohe Porosität entsteht, während im Ausgangsmaterial nur wenige Defekte erzeugt werden, die auf die Scanstrategie zurückzuführen sind. Eine Reduzierung der Belichtungszeit um 10% führt aufgrund des kürzeren Energieeintrags zu einer um ca. 40% geringeren Ausbildung von Poren, ohne dabei die mechanischen Eigenschaften im Druckversuch signifikant zu beeinflussen. Das Aufsticken führt zu einem erkennbaren Anstieg der Festigkeit des Materials um ca. 400 MPa bei einer plastischen Verformung von 20%, wobei diese durch eine Wärmebehandlung weiter gesteigert werden kann.

 

Sprecher/Referent:
Felix Stern
Technische Universität Dortmund
Weitere Autoren/Referenten:
  • Felix Grabienski
    Technische Universität Dortmund
  • Jochen Tenkamp
    Technische Universität Dortmund
  • Prof. Dr. Frank Walther
    Technische Universität Dortmund
  • Johannes Boes
    Ruhr-Universität Bochum
  • Dr. Arne Röttger
    Ruhr-Universität Bochum
  • Prof. Dr. Werner Theisen
    Ruhr-Universität Bochum
  • Dr. Alwin Schulz
    Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien
  • Dr. Volker Uhlenwinkel
    Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien
  • Prof. Dr. Hans-Werner Zoch
    Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien