Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Thermodynamisch unterstützte Werkstoffmodifikation des Vergütungsstahls 42CrMo4 zur mikrorissfreien additiven Fertigung

Ziel des Vorhabens ist die computerbasierte Werkstoffmodifikation des Vergütungsstahls 42CrMo4 zur mikrorissfreien additiven Verarbeitung bei Verwendung einer Substratplattenheizung von maximal 200°C. In diesem Zusammenhang ist wichtig, dass die Modifizierung des Werkstoffs hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung so gering wie möglich (bis maximal 1 Ma.-%) erfolgt. Das Stahldesign zielt darauf ab, dass eine Kornfeinung durch hochschmelzende Ausscheidungen (z.B. Titannitrid) erzeugt wird, um die Mikrorissanfälligkeit des Werkstoffs zu reduzieren. Die Ausscheidungen werden während der Gasverdüsung durch Stickstoff als Zerstäubergas induziert. Im Rahmen eigener Vorarbeiten konnte dieser Effekt am Beispiel eines Werkzeugstahls erfolgreich bewiesen werden. Unter Verwendung von thermodynamischen Simulationen (ThermoCalc) werden ergänzend das Erstarrungsintervall verringert, die Martensitstarttemperatur unter 200 °C gesenkt und der Anteil niedrig schmelzender Phasen infolge von Seigerungen minimiert. An die additive Verarbeitung schließt sich die Anpassung der Wärmebehandlung an.

Die Steigerung der Produktivität des PBF-LB-Prozesses durch prozesstechnische Anpassungen erleichtert die Substitution von Fertigungsverfahren und -konzepten und kann dem einzelnen KMU hier entscheidende Wettbewerbsvorteile sichern und den Einsatz der additiven Fertigung unter Nutzung der Forschungsergebnisse für die industrielle Anwendung attraktiver machen. Allerdings ist mit den vorherrschenden Prozessbedingungen beim PBF-LB zurzeit nur ein sehr begrenztes Materialspektrum prozessstabil verarbeitbar. Diese eingeschränkte Werkstoffauswahl limitiert das Produktangebot/Dienstleistungen der im PA vertretenen Firmen, insbesondere KMU, bezüglich der gesamten Prozesskette von der Werkstoffentwicklung über die Pulver-Erzeugung bis hin zur Kleinserie.