Servicenavigation

Detailseite

Zurück

Projekt Druckansicht

Mechanismenbasierte Bewertung des Einflusses der Pulverherstellung und Prozessparameter auf die Mikrostruktur und das Verformungsverhalten von SLM-verdichteten C+N-Stählen an Luft und in korrosiver Umgebung

Fachliche Zuordnung Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
Förderung Förderung von 2017 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 372290567
 
Erstellungsjahr 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das pulverbettbasierte Laserschmelzen (engl. Powder Bed Fusion-Laser Beam/Metal, PBF- LB/M) vereint eine schnelle Herstellung komplexer Materialstrukturen aus Metallen mit hohem Individualisierungsgrad bei gleichzeitig geringem Rohstoffeinsatz. Eine Herausforderung ist die bis heute geringe Auswahl an fertigbaren Metallen, insbesondere im Bereich der Stähle. In diesem Forschungsprojekt wurden grundlegende Erkenntnisse zur Pulverherstellung, zur PBF-LB/M-Verarbeitung sowie zu den chemischen und mechanischen Eigenschaften von Stickstoff(N)-legierten korrosionsbeständigen Stählen gewonnen, deren PBF-LB/M-Verarbeitung vor Beginn des Vorhabens noch wenig Beachtung fand. Im Einzelnen wurden korrosionsbeständige austenitische, martensitische und ferritisch-austenitische Stähle untersucht, wobei das Lösungsverhalten von N während der gesamten Prozesskette sowie dessen Einfluss auf die chemischen und mechanischen Eigenschaften im Vordergrund standen. Im Zuge der Gasverdüsung wurden durch das Aufschmelzen der unterschiedlichen Legierungen unter einer N2- Atmosphäre und Verwendung von N2 als Verdüsungsmedium N-Gehalte gemäß der thermodynamischen Schmelzlöslichkeitsgrenze eingestellt. Durch die Teilsubstitution von Ni durch Mn konnten austenitische und ferritisch-austenitische Stahlpulver gezielt mit erhöhten N-Gehalten im Vergleich zu etablierten CrNi-Legierungen hergestellt werden. Durch ein anschließendes Gasnitrieren in einer N2-Atmosphäre (pN2 = 3 bar) bei Temperaturen unterhalb 700 °C konnten zudem N-Gehalte oberhalb der maximalen N-Schmelzlöslichkeit ohne signifikante Verschlechterung der Fließeigenschaften eingestellt werden. Stahlpulver, deren N-Gehalt unter- bzw. innerhalb des Bereichs der maximalen N-Schmelzlöslichkeit liegen, lassen sich durch die Wahl geeigneter Belichtungsparameter porenarm und rissfrei mittels PBF-LB/M verarbeiten. Liegt der N-Gehalt der Ausgangspulver hingegen deutlich über der N-Schmelzlöslichkeit, steigt die Gefahr der Ausgasung von N2 unter Bildung von Gasporen. Der im Bauteil verbleibende N-Gehalt kann dabei als Funktion der verwendeten Belichtungsparameter und damit der thermischen Prozessbedingungen sowie des N-Gehaltes des Ausgangspulvers beschrieben werden. Erhöhte Volumenenergiedichten führen durch Vergrößerung der Schmelzbadabmessungen, lokale Temperaturerhöhungen und geringere Erstarrungsgeschwindigkeiten zu einer erhöhten N2-Ausgasung. Das Lösungsverhalten von N unterscheidet sich dabei je nach Art der Primärerstarrung. Während N in primär austenitisch erstarrenden Stählen überwiegend in interstitiellem Lösungszustand vorliegt, scheidet es sich in primär ferritisch erstarrenden Schmelzen als Chromnitrid aus. Dieses kann in nachgelagerten Wärmebehandlungen wieder in Lösung gebracht werden. Der positive Einfluss von N auf die mechanischen und chemischen Eigenschaften ist insbesondere dann gegeben, wenn im additiv gefertigten Zustand dichte Bauteile gefertigt werden. Erhöht sich die Porosität durch ein N2-Teilausgasen wird der positive Einfluss teilweise kompensiert. Im Vergleich zwischen einem N-freien und einem N-haltigen Stahl trägt das Element N unter Berücksichtigung einer konstanten Bauteilporosität sowohl in Luft-Atmosphäre als auch in Salzwasser zu einer erhöhten Schädigungstoleranz unter zyklischer Wechselbeanspruchung bei.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

Zusatzinformationen

© 2026 DFG Kontakt / Impressum / Datenschutz

Textvergrößerung und Kontrastanpassung