Ganzheitliche Entwicklung und Qualifikation von hochfesten Aluminiumlegierungen für die Verarbeitung mittels laseradditivem Pulverbettverfahren

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Uta Kühn
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437911652

Laseradditiv gefertigte Al-Legierungen können durch ein geeignetes Bauteildesign und hohe spezifische Festigkeiten hervorragende Leichtbaueigenschaften abbilden. Bislang birgt ihre Verarbeitbarkeit jedoch viele Herausforderungen. Daher steht die Entwicklung einer neuartigen hochfesten Al-Legierung speziell für die pulverbasierte laseradditive Fertigung im Fokus des Vorhabens. Ausgangspunkt ist dabei die Legierung Al92Mn6Ce2, die in der Erstantragsphase hergestellt und umfassend charakterisiert wurde. Die Bildung der metastabilen hochfesten Phase Al20Mn2Ce in Kombination mit einer duktilen Al-reichen Matrix führte zu hervorragender Festigkeit und Duktilität im Druckversuch sowie einer hohen Härte. Im Fortsetzungsantrag wird das Ziel verfolgt, eine Legierung zu generieren, die hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften sowie der Prozessierbarkeit mittels LPBF das bisher Erreichte deutlich übertrifft. Die geplante gusstechnische Legierungsentwicklung eröffnet unter Einhaltung hoher Abkühlraten die Möglichkeit, die Legierung durch spezielle Elementzusätze, wie Silizium und Zirkonium, material- und zeiteffizient zu modifizieren. Die chemische Zusammensetzung wird neben der Gefüge-Eigenschafts-Beziehung ebenso durch die Eignung für die laseradditive Fertigung (z.B. durch Messungen der Schmelzviskosität) ausgewählt. In einem zweiten Schritt erfolgt die Qualifikation der entwickelten Legierung durch die Herstellung mittels LPBF (Laser Powder Bed Fusion). Die Untersuchung der Guss- sowie laseradditiv hergestellten Proben ermöglicht neue Erkenntnisse zum Einfluss der Legierungselemente auf die Phasenbildung. Somit werden grundlegende Zusammenhänge zwischen chemischen und mikrostrukturellen Aspekten im Zusammenhang mit dem LPBF-Herstellungsprozess und den daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften aufgezeigt und beschrieben. Die Freiheitsgrade der Zusammensetzung als auch der Prozessparameter (LPBF und Wärmebehandlung) ermöglichen eine gezielte Einstellung von Gefügemerkmalen und somit maßgeschneiderte mechanische Eigenschaften mit Anwendungsmöglichkeiten im Leichtbau.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen