Potential einer zusätzlichen Aushärtbarkeit durch schnelle Erstarrung während der additiven Fertigung (PBF-LB/M) von CuCrZr- und CuCrNbZr-Legierungen zur Steigerung der Ermüdungsfestigkeit

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Katrin Jahns; Professor Dr.-Ing. Ulrich Krupp
• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 559203771

Pulverbettbasierte Verfahren in der additiven Fertigung haben deutliche Fortschritte bei der Anpassung der Prozessparameter, bei der Entwicklung spezieller Werkstoffe und Produktqualität gemacht. Insbesondere wurden hoch reflektierenden Metallen, wie z. B. ausscheidungshärtbare CuCrZr- oder CuCrNb-Legierungen zur Anwendung in Schweißelektroden, Raketentriebwerken oder Wärmetauschern untersucht. Neben der Einstellung komplexer Geometrien der Kühlkanäle sind eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit in Verbindung mit ausreichender mechanischer Festigkeit erforderlich. Die hier vorgeschlagene Forschungsarbeit zielt auf ein ICME-geführtes (integrated computational materials engineering) Design solcher Legierungen mit einem erweiterten chemischen Zusammensetzungsbereich. Die sehr hohen Abkühlungsraten bei der Metallpulver-Verdüsung und dem anschließenden laserbasierten Pulverbettschmelzen (PBF-LB/M) sollen Ausscheidungshärtungsstrategien ermöglichen, die über die konventionelle Ausscheidungshärtung (Lösungsglühung-Abschrecken-Aushärtung) hinausreichen. Durch die rasche übereutektische Erstarrung können primäre Ausscheidungen in Nanogröße entstehen. Mittels eines iterativen Legierungsdesigns, unterstützt durch hochauflösende Elektronenmikroskopie und mechanische Werkstoffprüfung werden ermüdungs- und kriechbeständige Gefüge identifiziert. Über die Einstellung der chemischen Zusammensetzung werden die Grenzen der Aushärtung in Kombination mit den bereits vorhandenen übereutektischen Nanoausscheidungen in CrCrZr- und CuCrNb-Legierungen aufgezeigt. Die Erkenntnisse fließen in die Anpassung und Erweiterung der ICME-Prozesssimulation für die additive Fertigung ein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr.-Ing. Marion Cornelia Kreins