Qualifizierung der Legierung FeNiCoMoVTiAl im LPBF-Prozess unter Verwendung einer Doppellaser-Belichtungsstrategie

Gegenstand dieser Dissertation ist die Qualifizierung einer neuentwickelten, martensitaushärtbaren Werkzeugstahllegierung FeNiCoMoVTiAl im additiven Fertigungsverfahren Laser Powder Bed Fusion (LPBF), um den Einsatzbereich additiv gefertigter Bauteile auch auf Werkzeuge mit hohen mechanischen Belastungen zu erweitern. Beginnend ab der Metallpulverherstellung, werden die relevanten Prozessschritte für die Herstellung von Probekörpern zur mechanisch-technologischen Charakterisierung durchgeführt. Durch systematische Versuchsreihen werden geeignete Prozessparameter ermittelt, um die reproduzierbare Herstellung von Bauteilen ohne qualitätsbeeinflussende poren- oder rissbedingte Defekte im Gefüge bei der Bauteilherstellung zu ermöglichen. ... mehrÜber anschließende Wärmebehandlungsprozesse kann das Eigenschaftsprofil der FeNiCoMoVTiAl Legierung weiter optimiert werden, um damit beispielsweise eine Härte von bis zu 799 HV zu erzielen. Um einen zusätzlichen Freiheitsgrad bei der additiven Herstellung von Werkzeugbauteilen zu schaffen, wird eine synchronisierte Doppellaser-Belichtungsstrategie validiert, welche eine lokale Modifizierung der thermischen Historie ermöglicht. Durch optimierte Belichtungs- und Prozessparameter kann die Mikrohärte im resultierenden Werkstoffgefüge bei vergleichbarer Schmelzbadstruktur um etwa 9 % angehoben oder um etwa 7 % abgesenkt werden. Die Charakteristik des damit beeinflussten Materialgefüges und die damit einhergehenden mechanischen Eigenschaften werden bei der Herstellung von Multi-Parameter Bauteilen validiert. In den einzelnen Bereichen kann die thermische Historie gezielt über die Prozessparameter beeinflusst werden, sodass damit eine räumliche Gradierung der resultierenden Mikrohärte ermöglicht wird. Eine funktionale Gradierung lässt sich auch über eine nachfolgende Wärmebehandlung hinaus nachweisen, um damit optimierte Werkzeuganwendungen mit hohen mechanischen Anforderungen realisieren zu können.

The subject of this dissertation is the qualification of a new maraging tool steel FeNiCoMoVTiAl in the additive manufacturing process Laser Powder Bed Fusion LPBF in order to extend the application range of additively manufactured components to tools stressed with high mechanical loads. Starting with metal powder production, the relevant process steps for the production of test specimens for mechanical-technological characterization are carried out. Systematic test series are used to determine suitable process parameters in order to enable the reproducible production of components without quality-influencing pores or crack-related defects in the microstructure during component manufacturing. ... mehrThe characteristics of the FeNiCoMoVTiAl alloy can be further optimized via subsequent heat treatment processes in order to achieve a hardness of up to 799 HV. In order to enable an additional degree of freedom for the additive manufacturing of tooling components, a synchronized dual-laser exposure strategy is validated, which enables local modification of the thermal history. By optimizing the exposure strategy and process parameters, the microhardness in the resulting material structure can be increased by about 9 % or decreased by about 7 % while maintaining a consistent melt pool structure. The characteristics of the material structure influenced by the new exposure strategy and the associated mechanical properties are validated through the production of multi-parameter components. In the different areas, the thermal history can be influenced via the process parameters, enabling spatial grading of the resulting microhardness. Functional grading can also be demonstrated beyond a subsequent heat treatment process in order to manufacture optimized tooling components while maintaining high mechanical strength.