Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Qualifizierung neuer Schnellarbeitsstähle für die additive Fertigung durch LPBF

Laser Powder Bed Fusion (LPBF) ist ein additives Fertigungsverfahren zur Herstellung komplexer metallischer Bauteile. Aufgrund des schichtweisen Aufbaus der Bauteile, können eine endkonturnahe Fertigung und eine hohe Geometriefreiheit durch Integration von Funktionen (bspw. innenliegende Kühlkanäle) erreicht werden. Konventionelle Werkzeugstähle, insbesondere karbidreiche Werkzeugstähle, weisen bei der Verarbeitung mittels LPBF durch schnelle lokale Erstarrung und Phasenumwandlungen bedingte Spannungsrisse auf, die durch Anpassungen von Prozessparametern nur bei simplen und kleinen Bauteilen vermieden werden können. Für größere technisch relevante, abrasiv beanspruchte Bauteile wie Umformwerkzeuge oder Matrizen sind derzeit Werkzeugstahl nicht mittels LPBF verarbeitbar.

In einem zurückliegenden Projekt wurde das Legierungskonzept von Schnellarbeitsstählen mittels Calphad-Berechnungen modifiziert, um eine angepasste Erstarrungssequenz zu erzielen. Nach Sonderverdüsung von acht Legierungen konnten bei vier Legierungen rissfreie Würfelproben mittels LPBF hergestellt werden. Im beantragten Vorhaben soll für zwei dieser modifizierten Schnellarbeitsstähle der Nachweis erbracht werden, dass diese mit LPBF rissfrei zu Bauteilen verarbeitet werden können. Das Ziel ist die Erarbeitung einer angepassten LPBF-Prozessführung für komplexe Strukturen und der Nachbearbeitungs-Prozesskette „HIP-Zerspanung-Vergütung“ sowie der Nachweis einer hohen Schwing-, Wälz- und abrasiven Verschleißbeständigkeit. Durch die Unterstützung des PA werden Demonstratoren ausgewählt, im Design angepasst, entlang der Prozesskette gefertigt und einem Anwendungstest unterzogen. Gestaltungsrichtlinien für die Fertigung komplexer Bauteile mittels LPBF und HIP-Vergütung sowie die Angaben mechanischer Kennwerte in Datenblättern sollen KMU dazu befähigen, die LPBF-Verarbeitung von Schnellarbeitsstählen in ihrem eigenen Geschäftsbereich mit minimalen betriebswirtschaftlichen Risiken zu integrieren.