Erzielung der mechanischen Eigenschaften des 1.8159 bei L-PBF-gefertigten Maraging-Stählen 1.2709 und CXplus

Abstract

Diese wissenschaftliche Arbeit untersuchte, wie die Pulverschichthöhe, die Bauorientierung und die Wärmebehandlung bei den L-PBF-gefertigten Maraging-Stählen 1.2709 und CXplus angepasst werden müssen, um die mechanischen Eigenschaften von 1.8159 zu erreichen. Zu Beginn erfolgte die Simulation des additiven Fertigungsprozesses des Stanzbiegeteils mit komplexer Geometrie (SBT) zur Identifizierung möglicher Verzüge bei der additiven Fertigung. Eine Pulveranalyse ermittelte die chemische Zusammensetzung, die Partikelgrößenverteilung, die Schüttdichte, die Fließzeit und die Partikelform. Die Proben wurden in 0°-, 50°- und 90°-Baurichtung mit Pulverschichthöhen von 45 µm bzw. 100 µm aus 1.2709 und 40 µm bzw. 50 µm aus CXplus hergestellt. Die Wärmebehandlung erfolgte durch Lösungsgeglühen und Ausgelagern oder Auslagern mit teilweise unterschiedlichen Temperaturen. Die mechanischen Prüfungen erfolgten zur Ermittlung der Zugfestigkeit, der Kerbschlagzähigkeit, der Härte und der Dauerfestigkeit. Eine mikroskopische Analyse der Mikrostruktur und der Defekte sowie eine Bewertung der Oberflächenrauheit wurden ebenfalls realisiert. Abschließend wurde eine Kostenvergleichsrechnung von additiv sowie konventionell gefertigten Bauteilen durchgeführt. Zunächst wurde mit der Simulation Verzüge mit ca. 2,5 mm ermittelt, die nach den 3D-Vermessungen von bis zu 0,3 mm nicht bestätigt wurden. Der 550°C-ausgelagerte CXplus Standard (40 µm) wies in 90°-Baurichtung die komparabelsten, mechanischen Eigenschaften zu einem 1.8159 auf und erreichte mit 1.598 MPa eine um 15,4 % höhere 0,2 %-Dehngrenze, mit 1.640 MPa eine um 8,3 % höhere Zugfestigkeit, mit 198 GPa einen um 1 % niedrigeren E-Modul, mit 3,5 % eine um 0,6 % geringere Bruchdehnung und mit 50,21 HRC eine um 5,3 % höhere Härte. Die Erhöhung der Pulverschichthöhe führte zu einem minimalen Verlust der Zugfestigkeit und des E-Moduls, während gleichzeitig ein signifikanter Produktivitätsgewinn von 50 % erzielt wurde. Die 0°-Bauorientierung erzielte insgesamt höhere Zugfestigkeiten und Kerbschlagzähigkeiten als die 90°-Bauorientierung. Das zusätzliche Lösungsglühen verbesserte beim 1.2709 sämtliche mechanischen Eigenschaften, während sich beim CXplus eine Zugfestigkeitreduktion bei höherer Härte einstellte. Eine ungeschliffene Oberfläche hatte im Gegensatz zu einer geschliffenen Oberfläche bei beiden Werkstoffen einen signifikanten Zugestigkeitsverlust zufolge.

Datum der Bewilligung	2024
Originalsprache	Deutsch (Österreich)
Betreuer/-in	Holger Gröning (Betreuer*in) & Jochen Giedenbacher (Betreuer*in)