Die Technologie des selektiven Laserstrahlschmelzens ist eines der aussichtsreichsten Vertreter für die zukünftige additive Fertigung komplexer Bauteile in geringen Stückzahlen. Mit der im letzten Jahrzehnt zunehmend verbesserten Prozessführung können Materialien von hoher Qualität erzeugt werden. Für die Anwendung des Herstellungsverfahrens für missionskritische Raketenkomponenten wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit maschinen- und werkstoffspezifische Einflüsse auf die Legierung Hastelloy X, IN718 und 316L untersucht. Probematerialien der drei Legierungssysteme wurden hinsichtlich ihrer Mikrostruktur im Detail untersucht. Der Einfluss von Wärmebehandlungen auf das Ausgangsgefüge und auf die mechanischen Eigenschaften wurden erforscht. Unterschiede der SLM-Materialien gegenüber geschmiedeten Vergleichsmaterialien werden ausgehend von der Schmelzbadstruktur bis hin zur Versetzungsstruktur analysiert und diskutiert.
Aktualisiert: 2023-03-23
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Im Rahmen dieser Arbeit wurden die mikrostrukturelle Entwicklung und die daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften der im SLM ® Verfahren (Selective Laser Melting) verarbeiteten Nickelbasis-Superlegierung Inconel 718 untersucht. Anschließend wurde der Einfluss des HIP-Prozesses (Heißisostatisches Pressen) auf die Porosität, die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften analysiert. Da der HIP-Prozess oberflächennahe Poren nicht schließen kann, wurden ausgewählte Proben durch das Arc-PVD-Verfahren (Physical Vapor Deposition) mit einer Ni-20Cr Beschichtung gekapselt. Da die typischen Zellstrukturen zusammen mit der γ´´- Ausscheidungen nach dem Lösungsglühen mit anschließender Ausscheidungshärtung auftreten, konnte die höchste Streckgrenze (Rp0,2) unter quasistatischer Belastung bei Raumtemperatur (RT) sowie bei 650 °C ermittelt werden. Unter zyklischer Belastung zeigen die beschichteten und heißisostatisch gepressten Proben die geringste Ermüdungsfestigkeit bei RT, sowohl vor als auch nach der Ausscheidungshärtung. Im lösungsgeglühten und anschließend ausscheidungsgehärteten Zustand weist das Material die höchste Lebensdauer, insbesondere bei einer niedrigen Dehnungsamplitude (Δε/2 = ±0,35 %), bei 650 °C auf.
Aktualisiert: 2020-01-07
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Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Laserpulverauftragschweißprozesses auf 0,2 mm dünnen Substraten der Nickelbasis-Superlegierung Alloy 718, die in automotiven Dichtungsanwendungen im Heißgasbereich eingesetzt wird. Die Beschichtung soll selektiv in beanspruchten Bereichen als Verschleißschutz unter abrasiven und korrosiven Bedingungen erzeugt werden. Beschichtet werden die Substrate mit zwei verschiedenen Kobaltbasislegierungen. Die Entwicklung des Beschichtungsprozesses erfolgt in vier Schritten. Im ersten Schritt werden Substrate einstufig diskontinuierlich beschichtet. Das Beschichtungsmaterial wird mithilfe eines Trägergasstroms direkt in die Wechselwirkungszone von Laserstrahl und Substratoberfläche eingebracht. Im nächsten Schritt werden zur Steigerung der Beschichtungsgeschwindigkeit die Erkenntnisse aus dem diskontinuierlichen Verfahren genutzt, um kontinuierliche Schichten auf ebenen, rechteckigen Blechen zu erzeugen. Ein Teil der Proben wird mit geregelter Laserleistung hergestellt. Um die Beschichtungsgeschwindigkeit in noch größerem Maße zu steigern, werden im dritten Schritt Substrate in einem zweistufigen Verfahren beschichtet. Nachteilig ist, dass der Schritt des Pulveraufbringens nur bei ebenen Substraten realisierbar ist. Im vierten und letzten Schritt werden die Erkenntnisse aus dem einstufig kontinuierlichen Beschichtungsprozess auf ebenen, rechteckigen Blechen auf kreisrunde Standardprüfkörper, sogenannte Normringe, übertragen. Die Ergebnisse der beschichteten Normringe fallen gut aus und zeigen das Potential dieses Verfahrens zur Aufbringung von Schutzschichten auf 0,2 mm dünnen automotiven Heißgasdichtungen auf.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Es wird das Rissfortschrittsverhalten der beschichteten, einkristallinen Nickelbasis-Superlegierung PWA 1484 unter thermo-mechanischer Ermüdungsbeanspruchung charakterisiert. Hierbei wird der stark lebens-dauerverkürzende Schädigungsmechanismus der Sprödrissbildung in der Diffusionsschicht aufgezeigt.
Für die Lebensdauerprognose werden physikalisch-basierte Ansätze zur Verformungs- und Rissfortschrittsmodellierung kombiniert. Die Modell-parameter können dabei routinemäßig aus Warmzug-, LCF- und Kriechversuchen bestimmt werden. Die Validierung des Lebensdauermodells erfolgte durch die angewendete Beachmarkmethodik in der TMF-Versuchsführung. Dabei konnte der Rissfortschritt direkt an TMF-Flachproben gemessen sowie die Rissinitiierungsphase bauteilbezogen abgebildet werden.
Aktualisiert: 2020-02-21
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Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung und den Aufbau eines Miniaturproben-Prüfsystems, mit dem sowohl einachsige Zugversuche als auch niederzyklische Ermüdungsversuche unter Zug/Druck-Wechselbeanspruchung im Hochtemperatur-Bereich bis 1000 Grad Celsius durchgeführt werden können.
Ausgehend von einer detaillierten Beschreibung des Versuchsaufbaus wird dessen Qualifizierung und Validierung anhand von drei Versuchswerkstoffen - dem austenitischen Edelstahl AISI 316L, der Nickelbasis-Superlegierungen Waspaloy und IN738LC - gezeigt. Im Vergleich zu Standardproben-Versuchen derselben Materialcharge und Literaturdaten konnte bei den feinkörnigen Versuchswerkstoffen AISI 316L und Waspaloy eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den Versuchsdaten festgestellt werden. Dagegen wurde in Versuchen mit Miniaturproben aus der grobkörnigen Nickelbasis-Superlegierung IN738LC ein Probengrößen-Effekt festgestellt.
Des Weiteren wird die Anwendbarkeit der Prüfmethodik für die Restlebensdauerbewertung betriebsbeanspruchter Gasturbinen-Laufschaufeln (Werkstoff: IN738LC) einer stationären Gasturbinenanlage gezeigt. Im Ergebnis von Zugversuchen und niederzyklischen Ermüdungsversuchen bei 850 Grad Celsius konnte ein signifikanter Lebensdauerverbrauch nachgewiesen werden, der auf betriebsbedingte Mikrostrukturveränderungen zurückzuführen ist.
Aktualisiert: 2022-12-21
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Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem selektiven Laserstrahlschmelzen der Legierung M247 LC, die aufgrund ihrer Neigung zur Rissbildung bisher nicht prozesssicher durch dieses Verfahren verarbeitbar ist. Proben wurden mit unterschiedlichen Fertigungsparametern hergestellt und auf ihre Gefügeausprägung, Gefügetextur sowie Rissdichte, Rissorientierung und Rissart untersucht. An ausgewählten Proben wurden anschließend Versuchsreihen zur Wärmebehandlung durchgeführt. Während eine Versuchsreihe an einem eigens aufgebauten Versuchsstand zur lokalen Wärmebehandlung mithilfe einer Induktionsspule unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt wurde, wurde eine zweite Versuchsreihe im Vakuumofen durchgeführt. Für unterschiedliche Wärmebehandlungszustände wurden die Gefüge¬ausprägung, die Gefügetextur sowie die Fehlstellenart und -dichte analysiert. In einem weiteren Abschnitt wurde ein etabliertes Simulationstool für die Schmelzbadsimulation für diesen schwer schweißbaren Werkstoff adaptiert und zur Abschätzung sinnvoller Laserparameter sowie zur Analyse der erwarteten Abkühlbedingungen für den Laserstrahlschmelzprozess mit und ohne zusätzliche Wärmeeinbringung angewendet.
Aktualisiert: 2020-12-08
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In der vorliegenden Arbeit wurden die mikrostrukturellen Eigenschaften und das dadurch resultierende mechanische Verhalten der im SLM-Verfahren (Selective Laser Melting) hergestellten Nickelbasis-Superlegierung Inconel 939 untersucht und einer Inconel 939 Gusslegierung gegenübergestellt. Die monotonen und mikrostrukturellen Untersuchungsergebnisse zeigen eine eindeutige Abhängigkeit der Herstellungsrichtung und deutliche Unterschiede zur Gusslegierung, insbesondere in der Mikrostruktur. Dehnungsgeregelte isotherme und thermomechanische Ermüdungsversuche in Kombination mit der Methode der digitalen Bildkorrelation (DIC) beschreiben das mechanische Verhalten sowie die kritischen Bereiche im Gefüge. Ob beim SLM- oder Gusswerkstoff eine höhere Lebensdauer bei der isothermen Ermüdung erreicht wird, ist von der Höhe der Beanspruchung abhängig. Im ausscheidungsgehärteten Zustand besitzt das SLM-Material bei niedrigen Belastungen und Temperaturen von Raumtemperatur bis 750 °C eine höhere Lebensdauer und zeigt somit ein besseres Ermüdungsverhalten als der Gusswerkstoff. Bei höheren Dehnungsamplituden werden vorhandene Poren aktiviert und ein schnelles Versagen tritt ein. Mit geeigneten HIP-Parametern konnte die Porosität allerdings deutlich reduziert werden.
Aktualisiert: 2019-12-12
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