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Vortrag

Entwicklung von Pulvern und Prozessparametern für die additive Fertigung von WC-Co-Werkstoffen

Donnerstag (26.04.2018)
14:25 - 14:45 Uhr Raum 0.226
Bestandteil von:


Komplexe zerspanende Fertigungsprozesse fordern Werkzeuge aus Hartmetall, welche im Vergleich zu Eisenlegierungen eine überlegene Steifigkeit, Belastbarkeit und eine erhöhte Maßstabilität aufweisen. Mittels des additiven Laser-Powder Bed Fusion-Verfahrens (L-PBF) können z.B. innenliegende Kühlstrukturen in optimiertem Verlauf, Form und Durchmesser eingebracht werden. Dies ermöglicht das Arbeiten bei höheren Schneidgeschwindigkeiten sowie die Erhöhung der Standzeit des Werkzeugs, welche zu einer deutlichen Reduktion der Fertigungskosten führen kann.

Aktuell weisen WC-Co-Bauteile, die mittels L-PBF-Verfahren gefertigt werden, eine hohe Porosität im Bauteilvolumen, ein inhomogenes Kornwachstum und Phasen, welche zur Versprödung des Materials führen, auf. Die Qualität der Bauteile wird entscheidend von den Prozessparametern und der Pulversorte beeinflusst. Gefordert wird ein Pulver mit hoher Schüttdichte, gutem Fließverhalten und geeigneter chemischer Zusammensetzung. Derzeit sind kommerziell nur WC-Co-Granulate für das thermische Spritzen erwerbbar, welche aufgrund ihrer sphärischen Form ein gutes Fließverhalten, allerdings durch deren hohe innere Porosität eine geringe Schüttdichte und eine nicht geeignete chemische Zusammensetzung aufweisen.

Im Rahmen einer Studie wurden WC-Co-Pulversorten mit 88 Gew.-% WC und 12 Gew.-% Co für den L-PBF-Prozess entwickelt. Beim Syntheseprozess lag der Fokus neben der Reduktion des Anteils an innerer Porosität auf der Anpassung der chemischen Zusammensetzung mit Additiven. Dies sind z.B. Kornwachstumsinhibitoren (VC, Cr3C2) sowie TiC und Ruß, um das WC-Kornwachstum während des L-PBF-Prozesses zu reduzieren und die Ausbildung der spröden η-Phase bei C-Gehalten < 6,13 Gew.-% zu vermeiden. Die Charakterisierung der Pulver erfolgte mittels elektronen- und lichtmikroskopischer Analysen hinsichtlich Oberflächencharakteristik, Morphologie, innerer Porosität, Homogenität und Größenverteilung. Aus den hergestellten Pulversorten wurden mehrschichtig additiv gefertigte Modellprobekörper hergestellt und das ausgebildete Gefüge bewertet.

Des Weiteren wird an mit kommerziellen WC-Co-Granulaten gefertigten Modellproben der Einfluss der Laserleistung, Scangeschwindigkeit sowie Bauraumtemperatur auf die ausbildenden Phasen, Porosität und Rissausbildung im Bauzustand aufgezeigt. Der Einfluss einer dem L-PBF-Prozess nachgeschalteten Wärmebehandlung auf mechanische Eigenschaften wurde ebenfalls untersucht.

 

Sprecher/Referent:
Thomas Rieger
Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft
Weitere Autoren/Referenten:
  • Andreas Arnold
    Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft
  • Tim Schubert
    Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft
  • Dr. Timo Bernthaler
    Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft
  • Prof. Dr. Gerhard Schneider
    Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft