Werkstofftechnische Erforschung der Hart- und Hochtemperaturlöteignung von artgleichen Hybridverbunden aus additiv gefertigten und konventionellen Stählen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Tillmann
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407147480

Das selektive Laserschmelzen (ff. SLM) ist ein metallpulverbasiertes Fertigungsverfahren und bietet ein Höchstmaß an konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten zur Herstellung hochkomplexer Bauteile. Ein generativer Aufbau der SLM-Teilkörper auf geometrisch einfach zu realisierende, konventionell hergestellte Teilkörper erfordert bis dato, dass der konventionell hergestellte Körper bereits segmentiert, und ggf. gelötet und vergütet worden ist, sodass der SLM-Teilkörper auf diesen generativ aufgebaut werden kann und durch dieses Verfahren der Stoffschluss zwischen den beiden Teilkörpern erzeugt wird. Der SLM-Teilkörper beinhaltet im generierten Zustand hohe Eigenspannungen, hat ein völlig anderes Werkstoffgefüge und damit einhergehend auch andere mechanisch-technologische Eigenschaften.Die Fertigungsprozesse des selektiven Laserschmelzens und einer kombinierten Hartlöt-/Wärmebehandlung bieten ein hohes Potential zur Vereinigung der jeweiligen Verfahrensvorteile zu einer effizienten Fertigungskette. Prozesstechnologisch unterliegen die SLM- Werkstoffe trotz einer Dichtheit von üblicherweise über 99,8 Vol.-% einer aus löttechnischer Sicht recht großen Porosität und Oxidhäufigkeit. In den durchgeführten Vorversuchen konnte eindeutig aufgezeigt werden, dass dadurch die Qualität und die Festigkeit hartgelöteter Verbunde signifikant beeinträchtigt wird.Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden grundlegende Kenntnisse für artgleiche, löttechnische Verbunde und Hybridverbunde konventioneller und mittels selektivem Laserschmelzen hergestellter Werkstoffqualitäten für den Edelstahl 1.4404 und den Werkzeugstahl 1.2709 systematisch erforscht und mit Verbunden, die durch den SLM-Prozess hergestellt wurden, gegenübergestellt. Für letztere wird gleichzeitig der Einfluss einer Wärmenachbehandlung zur Angleichung der unterschiedlichen Gefügestruktur und zur Minimierung der Eigenspannungen untersucht. Die übergeordnete Zielstellung ist durch eine auf mechanisch-technologische Kennwerte begründete Festlegung einer optimalen Prozesskette zur Fertigung von artgleichen Hybridverbunden aus SLM- und konventionellen Werkstoffen charakterisiert, die auf diesen Fertigungsverfahren basiert. Darüber hinaus liegt der Fokus des Forschungsvorhabens eindeutig auf der Erforschung der löttechnischen Verarbeitung der SLM-Werkstoffe und deren Hybridverbunden mit konventionellen Werkstoffqualitäten. Die etablierten Lötprozesse der konventionellen Verbunde werden auf hierauf übertragen und in Bezug auf das Benetzungs- und Fließverhalten, die statische und dynamische Festigkeit sowie insbesondere auf den Einfluss der Poren und Oxide im SLM-Werkstoff auf die Fügeverbundqualität analysiert. Darüber hinaus wird ein Ansatz verfolgt, der durch ein Gasphasenätzen der Oxide und eine anschließende Vernickelung der Fügeflächen mittels Lichtbogenverdampfen eine signifikante Erhöhung der Qualität und der Festigkeit der gelöteten Verbunde erwarten lässt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen