Lokale Versagensmechanismen im Volumen von additiv hergestelltem Stahl mittels Spannungstensor-Tomographie.

• Antragsteller: Dr.-Ing. Alexander Liehr; Professor Dr. Peter Modregger
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 570312374

In den letzten Jahrzehnten hat sich die additive Fertigung (AF) von Metallen als transformative Technologie für die Automobil-, Luftfahrt- und Medizinbranche etabliert. Dieser innovative Ansatz ermöglicht den schichtweisen Aufbau komplexer Geometrien, die oft mit traditionellen Fertigungsmethoden unerreichbar sind. Allerdings versagen additiv gefertigte Komponenten häufig früher in Lebensdauertests als konventionell gefertigte Komponenten. Bei Letzteren beginnt die Ermüdung, die Rissinitiierung und schließlich das Versagen normalerweise an der Oberfläche. AF-Komponenten hingegen haben jedoch oft interne Defekte, die kritischer für das Versagen sind. Aufgrund der komplexen und unregelmäßigen Defektgeometrien (z. B. Hohlräume) im inneren Volumen einer AM-Komponente wirken diese Defekte wie interne Kerben. Rund um diese Kerben entwickeln sich mehrachsige Spannungsfelder, die eine wesentliche Rolle im Versagensmechanismus spielen. Bisher hat jedoch keine zerstörungsfreie Technik erfolgreich solche Spannungsfelder klar charakterisiert können. Kürzlich wurde eine neuartige Methode zur zerstörungsfreien, tiefenauflösenden Bestimmung aller sechs Spannungstensor-Komponenten entwickelt. Die Spannungs-Tensor-Tomographie (STT) kombiniert Tomographie mit Synchrotron-Röntgenpulverbeugung, weist ein vergleichsweises einfaches Setup auf und bietet eine isotrope räumliche Auflösung im Bereich von 10 Mikrometern sowie Spannungsempfindlichkeiten von etwa 20 MPa. Dieses Projekt vereint die komplementäre Expertise seiner Antragsteller, um die Frage zu beantworten: "Welche Rolle spielen Spannungsfelder um interne Defekte im Versagensmechanismus von additiv gefertigten Stahl?" Zu diesem Zweck werden die Spannungsfelder um interne Defekte von AISI 316L-Stahlproben, die durch selektives Laserschmelzen hergestellt wurden, bestimmt. Ermüdungstests mit niedrigen Zyklen bis zum Versagen und anschließende Rasterelektronenmikroskopie werden den ursprünglichen Punkt des Versagens lokalisieren. Die Korrelation dieser beiden Ergebnisse ermöglicht die Identifizierung entweder der Größe interner Defekte oder der Spannungsfelder um sie herum als potenzielle Ursachen für das Versagen. Dies wird dann mit Vorhersagen etablierter Versagensmodelle, wie z. B. von Murakami, verglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Schweiz
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Marianne Liebi; Dr. Jonathan Wright