Einzigartige Mikrostruktur durch die Kombination von additiver Fertigung und gleichmäßigem Kanalwinkelpressen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Niendorf, seit 4/2024
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 534655509

Das außergewöhnliche Verhältnis von Festigkeit zu Dichte von Aluminiumlegierungen bietet ein großes Potenzial zur Gewichtsreduzierung von Bauteilen. Um die Anwendungsmöglichkeiten dieser Legierungen zu erweitern und hochfeste Stähle durch sie zu ersetzen, können verschiedene Techniken zur Verbesserung der Festigkeit von Al-Legierungen eingesetzt werden. Die schnelle Herstellung von Al-Legierungen bietet ein großes Potenzial für eine systematische Gestaltung des Gefüges und damit für die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. AlSi12-Legierungen, die durch Laser-Pulverbettschmelzen (L-PBF) hergestellt werden, weisen eine grobkörnige Al-Matrix mit feinen Si-Zwischenräumen auf, die im Vergleich zu konventionell gegossenen Teilen eine höhere Festigkeit aufweist. Ein einzigartiges Mikrogefüge mit außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften kann durch starke plastische Verformung (SPD) erreicht werden. Allerdings kann die Vergröberung und Agglomeration der Si- Netzwerke aufgrund der hohen Verarbeitungstemperaturen bei einigen SPD-Verfahren wie Rührreibverfahren und Rührreibschweißen die Festigkeit dieser Legierungen beeinträchtigen. Die allererste Studie über die Auswirkungen des ECAE/P-Verfahrens (Equal Channel Angular Extrusion/Pressing) auf die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur von additiv hergestellten Al-Legierungen zeigt, dass dieses SPD-Verfahren sowohl die Festigkeit als auch die Duktilität dieser Legierungen verbessern kann. Aufgrund der niedrigen ECAP-Verarbeitungstemperatur werden die Si-Zellen während des ECAP-Verfahrens nur gedehnt, aber nicht aufgelöst. Das UFG-Mikrogefüge bildet sich nur innerhalb der Zellen. So entsteht schließlich eine einzigartige Heterostruktur. Die Analyse des aktuellen Stands der Technik zeigt, dass es keine systematischen Untersuchungen über den Einfluss von ECAP auf die mikrostrukturelle Entwicklung und die mechanischen Eigenschaften von Al-Legierungen gibt, die mittels additiver Fertigung (AM) hergestellt werden. Daher besteht die Hauptmotivation des vorliegenden Vorschlags darin, das Verständnis des Einflusses von ECAP als Nachbearbeitungsmethode auf die Mikrostruktur und das mechanische Verhalten von L-PBF-Al-Legierungen zu vertiefen. Eine Referenzlegierung im Gusszustand wird untersucht, um die Auswirkungen der anfänglichen Mikrostruktur (d. h. AM-Mikrostruktur im Vergleich zum Gegenstück im Gusszustand) auf die mechanischen Eigenschaften und die endgültige Mikrostruktur der Legierungen zu erkunden. Die Anwendung könnte an Relevanz und Anschlussfähigkeit gewinnen, wenn der Si-Gehalt über die eutektische Phase hinaus erhöht würde. Dies könnte auch dazu führen, dass im vorliegenden Vorschlag mehr Wissen auf dem Gebiet der additiven Fertigung erworben wird. In diesem Zusammenhang werden übereutektische Al-Si-Legierungen (AlSi20 und AlSi50) unter Verwendung von LB-PBF hergestellt. Anschließend wird ECAP mit bis zu 4 Durchgängen auch für übereutektische Al-Si-Legierungen durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Seyedvahid Sajjadifar, bis 4/2024