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Wednesday, September 21, 2022, TZ 4 und TZ 5 1:00 PM Additive Fertigung - Lichtbogenverfahren II |
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Modellierung des Eigenschaftsprofils WAAM gedruckter Bauteilstrukturen aus hochlegiertem, ferritischem Stahl |
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Karsten Günther* / Technische Hochschule Ulm
Institut für Werkstoffkunde und Fertigungstechnik
Labor für Schweißtechnik, Baden-Württemberg Saharalsadat Araghi / TH Ulm, Institut für Fertigungstechnik und Werkstoffkunde, Labor für Schweißtechnik, Ulm Jörg Dambacher/ TH Ulm, Institut für Fertigungstechnik und Werkstoffkunde, Labor für Schweißtechnik, Ulm |
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Aufgrund zunehmender Lieferrisiken und Preisschwankungen von Schlüsselrohstoffen, wie Nickel, wird der Einsatz hochlegierter, ferritischer Cr-Stähle immer interessanter. In diesem Zusammenhang stellen sie im Vergleich zu Nickel-haltigen, austentischen Stählen oder Duplexstählen eine kostengünstigere sowie preisstabilere Alternative für den Einsatz unter korrosiven Umgebungsbedingungen dar. Einem breitgefächerten Einsatz hochlegierter, ferritischer Stähle steht jedoch deren eingeschränkte Schweißeignung entgegen, einhergehend mit der thermisch bedingten Neigung zur Grobkornbildung und Versprödungserscheinungen, wodurch die mechanischen und korrosiven Eigenschaften negativ beeinträchtigt werden. Somit ist es im Vergleich zu austenitischen Stählen oder Duplexstählen sicherlich vorrangig auf deren schlechte schweißtechnische Verarbeitbarkeit zurückzuführen, weswegen deren Potenziale im Bereich der lichtbogenbasierten, additiven Fertigung bislang noch keine Berücksichtigung fanden. Anhand des ferritischen Stahls 1.4016 wird gezeigt, dass das Gefüge der mittels WAAM additiv hergestellten Bauteilstrukturen durch den Energieeintrag beeinflusst wird. Dabei kann das Kornwachstum und somit die Korngröße in Abhängigkeit des Energieeintrages definiert kontrolliert werden, wodurch die mechanischen Eigenschaften (Härte, Zugfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit) positiv beeinflusst werden. Die Untersuchungsergebnisse beziehen sich dabei auf Wanddicken zwischen 4 und 20 mm und Abschmelzleistungen zwischen 0,75 bis 3 kg/h. Ferner wird gezeigt, dass abnehmende Energieeinträge die Anfälligkeit für Porenbildung auf ein Minimum reduzieren, einhergehend mit einer sich verbessernden Endkonturnähe. Abschließend werden die mechanischen und korrosiven Eigenschaften der additiv hergestellten Strukturen mit der konventionellen Herstellungsroute (Umformen) verglichen, wodurch eine Quantifizierung der Eigenschaftsunterschiede ermöglicht wird. Die Relevanz von hochlegierten Ferriten im Bereich der additiven Fertigung wird abschließend durch die Herstellung eines Demonstrators verdeutlicht. |