Qualifizierung neuer Stahllegierungskonzepte für LAM Pulver durch kombinierte in-situ Additivierung, Agglomeration und In-/Post-Prozess-Verfahren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Rainer Fechte-Heinen, seit 6/2021; Professor Dr.-Ing. Werner Theisen; Professor Dr.-Ing. Frank Walther
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409651875

Hauptziel des Gemeinschaftsantrags im SPP 2122 ist die Entwicklung neuer Ausgangsmaterialien und ihre Qualifizierung für die Herstellung von martensitisch-aushärtenden Werkzeugstählen oder Gusseisenlegierungen mittels selektivem Laserschmelzen (SLM). Im ersten Schritt sollen die Legierungsstrategien an einer Graugusslegierung geprüft und anschließend auf Basis dieses Wissens das Legierungskonzept derart angepasst werden, um weißes Gusseisen (2. Schritt) und ledeburitische Kaltarbeitsstähle (3. Schritt) herzustellen, die beide aktuell mittels SLM nicht verarbeitet werden könnepron. Dabei wird der Grauguss nicht durch die Verarbeitung von vorlegierten gasverdüsten Pulvern hergestellt, sondern unter-schiedliche Volumenanteile von SiC-Partikeln und günstigen niedriglegierten Stahlpulver vermischt und mittels SLM verdichtet. Das Ziel ist ein partielles Aufschmelzen der Partikel, um einen „Grünling“ mit geringer Defektdichte. Die spezifische Anpassung der Mikrostruktur und der Werkstoffeigenschaften wird durch anschließende Nachbehandlungen mittels SLM (In-Prozess) oder Wärmebehandlung (Post-Prozess) erreicht. Dabei wird die Auflösung der beigemischten metastabilen Komponenten im Hauptpulver während SLM und der Wärmebehandlung (heiß-isostatisches Pressen, Super-Solidus-Flüssigphasensintern) untersucht und wie die Pulver angepasst werden müssen, um eine vollständige Auflösung sowie unterschiedliche Mengen an Fe3C oder Graphit zu realisieren. Im zweiten und dritten Schritt werden Ferrolegierungspulver hinzugefügt, um den Legierungsgehalt von Elementen wie Chrom, Mangan und Nickel zu erhöhen und damit weißes Gusseisen und ledeburitische Kaltarbeitsstähle herzustellen. Zum Abschluss werden Mischungen aus Ferrolegierungspulver und Reinelementen, die mittels Agglomeration zu fließfähigen Pulvern aufbereitet werden, analog zu den vorangegangenen Schritten verarbeitet. Es wird angenommen, dass gleiche Legierungen bzw. chemische Zusammen-setzungen durch verschiedene Herstellungsrouten mit gleichen Eigenschaften erreicht werden können. Wenn diese Hypothese zutrifft, wären nur wenige Grundpulver mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen nötig, um eine Vielzahl von Legierungen herzustellen. Dies kann die Entwicklung neuer Legierungen für die laserbasierte Additive Fertigung (LAM) aufgrund der wirtschaftlichen und verfahrenstechnischen Vorteile deutlich beschleunigen, weil so der Gefüge-bildungsprozess und die damit einhergehende Bildung von inneren Defekten von dem SLM-Verdichtungsprozess entkoppelt wird. Um diese komplexe werkstoff-fokussierte Forschung im Rahmen des SPP 2122 abbilden zu können, werden alle Aspekte der Herstellungsroute vom Grundmaterial bis zum SLM-gefertigten Bauteil in einem ganzheitlichen Ansatz im Hinblick auf Pulverherstellung und -aufbereitung (IWT), Legierungsdesign und Verarbeitung der entwickelten Pulver (LWT) sowie der mikrostrukturellen, mikromagnetischen und mechanischen Charakterisierung der SLM-Bauteile (WPT) betrachtet.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2122: Neue Materialien für die laserbasierte additive Fertigung
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans-Werner Zoch, bis 6/2021