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

Very High-Cycle Ermüdungseigenschaften und mikrostrukturelle Versagensmechanismen von laserstrahlgeschmolzenem (SLM) AlSi10Mg

Donnerstag (19.09.2019)
09:30 - 10:00 Uhr Petersburg

In der pulverbettbasierten, laseradditiven Fertigung von Aluminiumlegierungen ist die Legierung AlSi10Mg das meist verbreitete Material. Die hohen Abkühlraten in der laseradditiven Fertigung resultieren in einem feinkörnigen, mit faserigen Si-Partikeln durchzogenem Gefüge. In der Regel ist an den Rändern der sich überlappenden Schmelzbäder ein zum Schmelzbadinneren verschiedenes Gefüge zu beobachten. Im Folgenden wurde der Einfluss der Abkühlrate auf das Gefüge sowie die resultierenden quasistatischen und dynamischen Eigenschaften untersucht und die Versagensmechanismen analysiert.


Zum herbeifügen unterschiedlicher Abkühlraten wurden Proben bei unterschiedlichen thermischen Bedingungen hergestellt. Eine Charge Probenrohlinge wurde mit (200 °C) und die zweite Charge ohne Substratheizung gefertigt. Obwohl zwischen den beiden Chargen bezüglich der relativen Dichte kein wesentlicher Unterschied festzustellen war, zeigten die Chargen deutliche Unterschiede in der Defektmorphologie. Das verwenden der Substratheizung führte zu gleichförmigeren, sphärischeren Defekten, welche weniger Nachteilig für insbesondere dynamische Belastungen sind. Das Gefüge dieser Charge war zudem homogener, sodass eine Verbesserung der quasistatischen und dynamischen Eigenschaften erzielt werden konnten. Als Verfestigungsmechanismus wurden säulenförmige Dendriten an den Schmelzbadrändern identifiziert, die die Richtung der Rissausbreitung entlang der Dendriten bestimmten.


Dieser Verfestigungsmechanismus war sowohl bei quasistatischen Versuchen als auch bei dynamischen Versuchen im HCF und VHCF-Bereich wirkungsvoll. Für den HCF-Bereich (< 1E6 Zyklen) kamen servohydraulische Testaufbauten zum Einsatz wohingegen für den VHCF-Bereich (> 1E6 Zyklen) die Proben bei einer Testfrequenz im Ultraschallbereich von 20 kHz geprüft wurden. Der Einfluss der Testfrequenz von 20 kHz wurde anhand der Prüfdaten analysiert. Ein signifikanter Einfluss konnte nicht festgestellt werden. Die verwendete Prüfmethodik im VHCF-Bereich erlaubt den Abbruch eines Tests kurz vor dem Restbruch der Probe. Dies wurde genutzt, um den Rissverlauf innerhalb der Probe mittels µ-CT zu untersuchen. Anhand der µ-CT-Aufnahmen konnte eine „Defekt-Riss“-Wechselwirkung nachgewiesen werden.


 

Sprecher/Referent:
Jan Johannsen
Fraunhofer-Institut für Additive Produktionstechnologie IAPT
Weitere Autoren/Referenten:
  • Mustafa Awd
    Department of Materials Test Engineering (WPT), TU Dortmund University
  • Shafaqat Siddique
    Department of Materials Test Engineering (WPT), TU Dortmund University
  • Prof. Dr. Claus Emmelmann
    Fraunhofer-Institut für Additive Produktionstechnologie IAPT
  • Prof. Dr. Frank Walther
    Department of Materials Test Engineering (WPT), TU Dortmund University