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Vortrag

Design eines Fe-Ni-Ti-Al Maraging Stahls optimiert für in-situ Ausscheidungshärtung während des Laserauftragschweißens

Mittwoch (25.04.2018)
13:30 - 13:50 Uhr Kongresssaal
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Die herausragenden mechanischen Eigenschaften von Maraging Stählen liegen in der martensitischen Mikrostruktur begründet, welche durch eine hohe Dichte an intermetallischen Ausscheidungen ausgehärtet wird. Laserauftragschweißen (LMD) ist ein Pulver-Düse basierter Laser Additive Fertigungsprozess (LAM) welcher es erlaubt, auf Basis von 3D CAD Modellen maßgeschneiderte Bauteile direkt zu fertigen, oder zu reparieren. Werden benachbarte Spuren und weitere Lagen gedruckt, erfährt bereits konsolidiertes Material eine zyklische wieder-Aufheizung. Ziel dieser Studie ist es, diese sogenannte intrinsische Wärmebehandlung (IHT) des LMD Prozesses gezielt einzusetzen um Maraging Stahl Komponenten herzustellen, die bereits während des Druckprozesses ausscheidungsgehärtet werden. Dafür wurde ein Fe-19Ni (at%) Master Legierungs Pulver hergestellt. Rapid Alloy Prototyping (RAP) im LMD Prozess wurde eingesetzt um verschiedene Al und Ti Konzentrationen in gradierten Proben zu erzeugen und so effizient vielversprechende Legierungszusammensetzungen zu identifizieren, welche gut auf das IHT ansprechen. Sowohl das Fe-19Ni-xAl als auch das Fe-19Ni-xTi System wurden untersucht wobei x von 0 bis 25at% reicht.

Es konnte gezeigt werden, dass das Fe-19Ni-xAl System [1] wie auch das Fe-19Ni-xTi System mittels IHT in-situ ausscheidungsgehärtet werden kann, bereits während des LMD Herstellungsprozesses. Mechanische Eigenschaften wie beispielsweise Härte wurden ausgewertet und mit Dichte, Verteilung und chemischer Zusammensetzung der Ausscheidungs-Phasen korreliert, welche mittels Atomsondentomografie (APT) und Hochenergie-Röntgenbeugung (HEXRD) charakterisiert wurden.

Bei geringen Al beziehungsweise Ti Konzentrationen sind die Elemente Ni, Al und Ti homogen verteilt. Trotz IHT bilden sich bei geringen Konzentrationen keine Ausscheidungen was zu einer relativ geringen Härte der martensitischen Mikrostruktur von 300HV führt. Ab einer Al Konzentration von ca. 5at% wird das Fe-Ni-Al System durch eine extrem hohe Dichte von bis zu 10^25 NiAl Nano-Ausscheidungen pro m3 ausgehärtet [1], was zu einem Anstieg der Härte auf 550HV bei höheren Al Konzentrationen von 10at% führt. Das Fe-Ni-Ti System wird ab Ti Konzentrationen von etwa 3at% von einem dichten Netzwerk aus stabförmigen η-Phase (Ni3Ti) Ausscheidungen ausgehärtet, was mit einem starken Anstieg der Härte auf bis zu 700HV bei 14at% Ti einhergeht.

[1] P. Kürnsteiner et al. Acta Mater 129 (2017) 52-60

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Philipp Kürnsteiner
Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH
Weitere Autoren/Referenten:
  • Markus Benjamin Wilms
    Fraunhofer-Institut für Lasertechnik
  • Andreas Weisheit
    Fraunhofer-Institut für Lasertechnik
  • Pere Barriobero-Vila
    Technische Universität Wien
  • Eric Aimé Jägle
    Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH
  • Dierk Raabe
    Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH