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Wednesday, September 21, 2022, TZ 4 und TZ 5 12:00 PM Additive Fertigung - Lichtbogenverfahren II |
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Einsatzhärten additiv gefertigter Stähle |
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Sina Mallow* / Universität Rostock, Lehrstuhl für Werkstofftechnik, Deutschland Mathias Gebauer / Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Deutschland Matthias Schmitt/ Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV, Deutschland Michael Reich/ Universität Rostock, Lehrstuhl für Werkstofftechnik, Deutschland Georg Schlick/ Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV, Deutschland Bernhard Müller/ Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Deutschland Johannes Schilp/ Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV, Deutschland Olaf Keßler/ Universität Rostock, Lehrstuhl für Werkstofftechnik, Deutschland |
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Die additive Fertigung von metallischen Bauteilen mittels pulverbett-basierter Schmelzverfahren bietet die Möglichkeit, sehr komplexe Komponenten mit einzigartigen geometrischen Freiheitsgraden herzustellen. Zur Einstellung anwendungsgerechter Werkstoffeigenschaften werden diese Bauteile im Nachgang thermisch oder thermochemisch behandelt. Im Transport-Sektor sind daher Einsatzstähle von besonders großem Interesse. Das Einsatzhärten ist ein weit verbreitetes Verfahren zur Einstellung höchstfester Werkstoffzustände im Bauteilrandbereich. Einsatzstähle werden bisher nur sehr begrenzt mittels laser-based powder bed fusion (kurz PBF-LB/M) verarbeitet. Der Prozesserfolg des Einsatzhärtens hängt maßgeblich vom Werkstoffausgangszustand ab. Im Stand der Technik sind die Prozessparameter sehr gut auf konventionelle schmelzmetallurgische Fertigungsketten angepasst. Doch durch die zunehmende Bedeutung der additiven Fertigung in industriellen Fertigungsketten stellt sich nun die Frage, ob die Prozessparameter des Einsatzhärtens auch auf Ausgangszustände infolge der PBF-LB/M-Fertigung angewendet werden können. Am Beispiel der Einsatzstähle 17CrNi6 (1.5919) und 20MnCr5 (1.7147) wird diese Fragestellung untersucht. Basierend auf einer umfassenden Pulveranalyse wurde der Ausgangswerkstoff charakterisiert. Die Parameterentwicklung für den PBF-LB/M-Prozess, Schichtstärke 50 µm, erfolgte durch die Variation der Laserleistung, der Scangeschwindigkeit und des Spurabstandes. Das Einsatzhärten wurde sowohl als Gasaufkohlung mit angeschlossener Ölabschreckung als auch als Niederdruckaufkohlung mit angeschlossener Hochdruckgasabschreckung durchgeführt. Es erfolgt ein systematischer Vergleich zwischen Werkstoffproben aus dem PBF-LB/M-Prozess sowie aus einer konventionellen Fertigungslinie, die in derselben Charge einsatzgehärtet wurden. Es werden Kohlenstofftiefenverläufe, metallographische Ergebnisse, Härteprofile sowie mechanische Kennwerte gegenübergestellt. Die gewonnenen Erkenntnisse erlauben einen sichereren Umgang mit Bauteilen aus einem PBF-LB/M-Prozess beim Einsatzhärten. |