Mikrostruktur- und defektkontrollierte additive Fertigung von gamma Titanaluminiden zur funktionsbasierten Steuerung lokaler Werkstoffeigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph Leyens; Professor Dr.-Ing. Frank Walther
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404665753

Das übergeordnete Ziel ist es, bei der additiven Fertigung von -TiAl-Legierungen die grundlegenden Zusammenhänge zwischen den Prozessstellgrößen, den Erstarrungs- und Abkühlbedingungen und der Mikrostrukturausbildung zu verstehen und deren Auswirkung auf das Verformungs- und Schädigungsverhalten systematisch zu charakterisieren. Durch eine umfangreiche mikrostrukturelle Analyse mittels Licht- und Röntgenmikroskopie unter Anwendung von EDX- und EBSD-Detektoren, Röntgen-CT, HT-XRD sowie instrumentierter Härte-Screenings wird ein tiefgehendes Verständnis der Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und Mikrostrukturausbildung ermöglicht. Im Gegensatz zu bisherigen Studien können dabei durch den gezielten Einsatz verschiedener Energiequellen (Laser- und Elektronenstrahl) sowie In- und Post-Prozess-Wärmebehandlungen (Induktion, HIP, Warmauslagerung, Lösungsglühen) unterschiedliche Gefügeausbildungen am IfWW eingestellt werden. Hierbei sollen neben den grundlegenden Parametern (u.a. Scangeschwindigkeit, Auftragsrate, Substrattemperatur) zusätzlich der Einfluss verschiedener Bauteilausrichtungen untersucht werden. Simultan wird durch die Weiterentwicklung der mechanismenbasierten Prüfmethodiken des WPT zur Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens bei Raum- und Hochtemperatur eine umfangreiche Analyse des zyklischen Verformungs- und Schädigungsverhaltens sowie eine Korrelation der Mikrostrukturcharakteristika mit den Ermüdungseigenschaften ermöglicht. Insbesondere die kontinuierliche Überführung der Ergebnisse in Korrelationsmatrices, um eine modellhafte Beschreibung der grundlegenden Zusammenhänge von Mikrostruktur und Eigenschaften zu realisieren, soll die spätere Übertragung der Forschungsergebnisse für die praktische Anwendung erleichtern. Wissenschaftliche Fragestellungen und Teilziele:Christoph Leyens, IfWW (1. Antragsteller) • Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Prozessparameter, wie z.B. Atmosphäre (Vakuum, Schutzgas) auf das Abdampfverhalten von Legierungselementen.• Einstellung verschiedener Gefügezustände durch eine angeschlossene Wärmebehandlung. • Erarbeitung von Korrelationsmatrices zwischen Herstellung, Gefüge und Eigenschaften zur Herstellung praxisnaher Strukturkörper, deren Mikrostruktur an die lokal benötigten Eigenschaften angepasst ist.Frank Walther, WPT (2. Antragsteller) • Charakterisierung der Mikrostruktur- und Defektentwicklung in Abhängigkeit der Prozessparameter sowie dem Post-Processing und dessen Einfluss auf das quasistatische und zyklische Verformungs- und Schädigungsverhalten. • Weiterentwicklung der mechanismenbasierten Prüfmethodiken auf Basis instrumentierter Laststeigerungs- und Einstufenversuche zur ressourceneffizienten Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens bei Raum- und Hochtemperatur.• Erarbeitung eines physikalisch-basierten Modells zur Beschreibung des Einflusses von Mikrostruktur- und Defektcharakteristika auf das Ermüdungsverhalten bei Raum- und Hochtemperatur.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen