Additive Fertigung von 16MnCr5 und 42CrMo4 durch Pulverbettschmelzen und intrinsische Wärmebehandlung zur Verbesserung der Ermüdungseigenschaften

M.Eng. Chuan Shi

Motivation

16MnCr5 und 42CrMo4 sind zwei in der Automobilindustrie weit verbreitete Stähle, die in Zahnrädern, Wellen und Kurbeln eingesetzt werden. Bislang ist es jedoch noch eine anspruchsvolle Aufgabe, kohlenstoffhaltige Stähle additiv herzustellen, da hohe Kohlenstoffgehalte aufgrund der spröden martensitischen Umwandlung zu Wärmerissen und hohe lokale Spannungen aufgrund von Volumenänderungen während der Phasenumwandlung im Schmelzbad und der Abkühlphase der AM führen.

Ziele

Das Endziel des Projekts besteht darin, den Zusammenhang zwischen Prozessparametern, Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften zu ermitteln und zu verstehen. Außerdem soll ein FEM-Simulationsmodell erstellt werden, um Eigenspannungen und das Schmelzbad vorherzusagen und einen Vergleich mit experimentellen Daten durchzuführen sowie die intrinsische Wärmebehandlung während des Druckprozesses für eine maßgeschneiderte Mikrostruktur zu untersuchen.

Es soll eine Prozessentwicklungsstrategie gefunden werden, die zu einem Bauteil mit geringer Porosität ohne Entstehung von Rissen führt, aber auch eine schnelle Aufbaurate sicherstellt
Vorhersage oder sogar Messung der Temperaturen des Bauteils während des Bauprozesses
Simulation der Mikrostrukturentwicklung und der Verzüge sowie der Eigenspannungen an einem einfachen Dummy-Bauteil
Konzentration auf geeignete Wärmebehandlungsstrategien, die auf die spezielle Mikrostruktur zugeschnitten sind und durch die PBF-Prozesse und die intrinsische Wärmebehandlung während des Druckprozesses selbst eingebracht wird

Untersuchungen

Verwendung der Computertomographie (μCT), Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Lichtmikroskopie (LOM) zur Untersuchung der Mikrostruktur
Konstruktion einer Plattform für die koaxiale Erfassung des Wärmefeldes des Schmelzbades unter Verwendung eines CCD Detektors
Übernahme der mikrostrukturellen und thermischen Daten in Abaqus-Software, um das Simulationsmodell zu erstellen