Kinetik von Ausscheidungsreaktionen während nicht-linearen Temperaturführungen in generativen Fertigungsverfahren

• Antragsteller: Professor Dr. Eric A. Jägle
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314594106

Die Laserbasierte Generative Fertigung (Laser Additive Manufacturing; LAM) hat in den nächsten Jahren das Potential, eine Revolution in der Produktion von komplexen oder individualisierten Bauteilen auszulösen. Bisher gibt es jedoch nur wenige Forschungsergebnisse zu Legierungen, die speziell für LAM optimiert oder neu entwickelt wurden. Das Zeit-Temperatur-Profil das eine Legierung während LAM erfährt unterscheidet sich stark von demjenigen einer konventionell hergestellten Legierung. Pulsartiges Wiedererhitzen des Materials während des schichtweisen Materialauftrags (die "intrinsische Wärmebehandlung") hat einen ausgeprägten Einfluss auf die Phasenumwandlungen, die vor allem in aushärtbaren Legierungen ablaufen. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, ein tieferes Verständnis für die Kinetik von Ausscheidungsreaktionen während solch stark nichtlinearen Zeit-Temperaturprofilen zu erlangen. Letztendlich sollen Legierungen ermöglicht werden, die ohne nachgeschaltete Wärmebehandlung ausscheidungsgehärtet im Prozess entstehen. Das untersuchte Material dieses Projektes wird ein Ti- und Al-haltiger Maragingstahl sein, bei dem von einer raschen Ausscheidungskinetik während der intrinsischen Wärmebehandlung ausgegangen werden kann. Da die Ausscheidungskinetik während der intrinsischen Wärmebehandlung nicht experimentell zugänglich ist, wird in diesem Projekt zunächst ein kinetisches Modell für die Ausscheidungsreaktion während linearer Temperaturführung etabliert. Es wird an experimentelle Daten angepasst, die sowohl in in-situ-Experimenten (Kalorimetrie) als auch in ex-situ-Experimenten (Atomsondentomographie) ermittelt werden. Nachdem das Modell etabliert ist, wird es auf die nicht-lineare Temperaturführung im LAM angewendet werden. Dabei werden die Ergebnisse der Simulierten Ausscheidungskinetik mit per Atomsondentomographie gewonnenen Daten verglichen. Mit diesen Ergebnissen können Aussagen getroffen werden, welche Prozessparameter verändert werden müssen, um die Ausscheidungsreaktion während der intrinsischen Wärmebehandlung zu optimieren. Weiterhin wird das kinetische Modell dazu verwendet werden, den Einfluss von im LAM-Prozess entstehender chemischer und thermischer Inhomogenität auf die Ausscheidungsreaktion zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Dierk Raabe