42CrMo4 prozessiert mittels Elektronenstrahlschmelzen im Pulverbett mit nachträglicher Randschichtbehandlung – Von der Prozessstrategie zu den Materialeigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Niendorf
• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 506173967

Vergütungsstähle werden zur Gruppe der Maschinenbaustähle zusammengefasst, die sich aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung zum Härten eignen und darüber hinaus im vergüteten Zustand bei relativ hoher Zugfestigkeit eine gute Zähigkeit aufweisen. Eine dem Verwendungszweck angepasste Wärmebehandlung, das Vergüten, welches sich in der Regel aus dem Härten und einem anschließenden Anlassen zusammensetzt, ermöglicht eine zielgerechte Anpassung an technische Erfordernisse. In den zurückliegenden Jahren konnten sich additive bzw. generative Fertigungsverfahren (AM) zu einer vielversprechenden und konkurrenzfähigen Alternative zu den konventionellen Fertigungs- und Formgebungsverfahren entwickeln. Pulververarbeitende AM-Prozesse, d.h. das Pulverauftragsschweißen und die Pulverbettverfahren (engl.: Laser-based powder bed fusion of metals (PBF-LB/M), auch bezeichnet als selektives Laserschmelzen (SLM); Electron-beam powder bed fusion of metals (PBF-EB/M), auch bezeichnet als selektives Elektronenstrahlschmelzen (EBM)) haben sich diesbezüglich zur Herstellung von Komponenten höchster geometrischer Komplexität auf unterschiedlichen Längenskalen bewährt. Insbesondere die im Pulverbett arbeitenden Prozesse ermöglichen die Herstellung filigranster Strukturen, wobei eine gute Kontrolle der Prozessbedingungen durch die Prozessierung in abgeschirmten Bauräumen gewährleistet werden kann. Im Gegensatz zum PBF-LB/M bietet der PBF-EB/M-Prozess die Vorteile einer Bauteilherstellung unter Vakuum sowie eine Vorheizung des Pulvermaterials. In bisher veröffentlichten Forschungsergebnissen konnte gezeigt werden, dass durch geeignete Belichtungsstrategien im PBF-EB/M-Prozess unterschiedliche Materialien, wie z. B. Edelstähle, Werkzeugstähle, Ni- und Co-basierte Superlegierungen, Hartmetalle, intermetallische Verbindungen, Aluminium, Kupfer, Beryllium und Niob, in sehr hoher Qualität verarbeitet werden können. Dennoch fokussiert sich die PBF-EB/M-Technologie weiterhin auf Titanlegierungen. Damit tritt die additive Herstellung von herkömmlichen Stahllegierungen über den PBF-EB/M-Prozess bisher in den Hintergrund. Das vorliegende Projekt adressiert elementare Fragestellungen im Bereich der additiven Fertigung von Vergütungsstählen und zielt gleichzeitig auf ein ressourcen- und kosteneffizientes Randschichtverfahren ab, welches in diesem Zusammenhang bisher in der internationalen Community noch nicht erforscht worden ist. Ziel dabei ist die Standzeiten unter relevanten Belastungsbedingungen zu erhöhen somit die strukturelle Integrität entsprechend prozessierter Legierungen zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen