Heißrissreduzierung mittels magnetofluiddynamischer Modifikation der laserinduzierten Schmelzbadkonvektion beim generierenden Laser-Pulver-Auftragschweißen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckhard Beyer; Professor Dr.-Ing. Christoph Leyens
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396298896

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Innerhalb des geförderten Projekts wurde ein neuartiger Ansatz zur Modifikation des dendritischen Wachstums beim Erstarren von heißrissanfälligen Nickelbasislegierungen durch die Beeinflussung der Marangoni-Konvektion mittels eines zeitlich konstanten oder rotierenden äußeren Magnetfeldes untersucht. Dafür wurde im Projekt zunächst erfolgreich Systemtechnik entwickelt, die ein Auftragschweißprozess innerhalb eines 10 mm breiten Luftspalts unter dem Einfluss eines homogenen Magnetfelds bis zu einer Magnetflussdichte von 1 Tesla und einer Rotationsgeschwindigkeit von 20 Hz ermöglicht. Im Rahmen von umfangreichen experimentellen Untersuchungen wurde anschließend für die drei als schwer schweißbar geltenden Legierungen Ni-SA 247LC, Udimet 710 und Inconel 100 die Heißrissreduzierung sowie die Veränderung der Mikrostruktur durch die magnetofluiddynamischen Maßnahmen geprüft. Die metallographischen und mechanischen Analysen zeigen jedoch keine signifikanten Veränderungen zwischen einer Fertigung ohne und unter Anliegen eines starken Magnetfeldes (B = 1 T). Bei den Legierungen Ni-SA 247LC und Inconel 100 treten weiterhin zahlreiche Heißrisse auf und auch die Mikrostruktur wurde kaum verändert. Bei der Legierung Udimet 710 traten in keiner der Proben, sowohl mit als auch ohne anliegendes Magnetfeld, Risse auf. Die durchgeführte Mikrohärteprüfung zeigt ebenfalls keinen signifikanten Einfluss einer magnetofluiddynamischen Wechselwirkung. Als Grund für die geringe Wirkung wurde ein zu kleines Schmelzbad identifiziert. Dadurch werden zum einen zu geringe Hartmann-Zahlen erreicht, welche als Maß für die Beeinflussung gelten. Zum anderen werden damit hohe Abkühlraten erzeugt, womit ein effektives Rühren der Schmelze bei rotierenden magnetischen Feldern nicht möglich ist.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Novel Approach for Suppressing of Hot Cracking Via Magneto-fluid Dynamic Modification of the Laser-Induced Marangoni Convection. The Minerals, Metals & Materials Series, 972-981. Springer International Publishing.
  Seidel, A.; Degener, L.; Schneider, J.; Brueckner, F.; Beyer, E. & Leyens, C.