Werkstofftechnische Charakterisierung eines additiv gefertigten Einsatzstahls - Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften
Creators: name: Wawoczny, Dennis
Publisher: name: Bergische Universität Wuppertal
Year: 2023

description: Die stetig schneller werdende Produktentwicklung und die damit einhergehende kürzere Entwicklungszeit stellt konventionelle Fertigungsverfahren vor technologische Herausforderungen. Hierbei erfährt die additive Fertigung mittels PBF-LB/M (Powder Bed Fusion - Laser Beam Melting) in der Prototypenfertigung bereits heute eine breite Anwendung. Zukünftig sollen Bauteile mit hohem Individualisierungsgrad und komplexer Struktur, gefertigt im PBF-LB/M-Prozess, mit etablierten Fertigungsverfahren konkurrieren. Da Bauteile zumeist zyklischen Belastungen ausgesetzt sind, ist nur die Kenntnis der statischen Materialeigenschaften unzureichend, um eine vollumfängliche Bauteilauslegung durchzuführen. Zusätzlich besitzen Bauteile aus dem PBF-LB/M-Prozess Anisotrope Materialeigenschaften, die die Bauteilauslegung erschwert. Diesem Mangel an Werkstoffkenntnis wurde unter Berücksichtigung der prozessbedingten Materialeigenschaften am Beispiel eines wärmebehandelten 20MnCr5 Einsatzstahls im Rahmen dieser Arbeit begegnet. Hierbei wurde das Augenmerk auf die zyklischen Eigenschaften in drei unterschiedlichen Baurichtungen der Materialproben gelegt (vertikaler, diagonaler und horizontaler Aufbau). In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst das Basispulver der gefertigten Materialproben, die in einem seriennahen Prozess gefertigt wurden, untersucht. Besondere Berücksichtigung erfuhr die resultierende Partikelgrößenverteilung und die chemische Zusammensetzung des Basispulvers. Zusätzlich wurden die Unterschiede der chemischen Zusammensetzung des Basispulvers und der daraus gefertigten Materialproben erarbeitet. Die gefertigten Materialproben wurden auf ihre Reproduzierbarkeit untersucht und die Porosität als übergeordnetes Qualitätsmerkmal identifiziert.
description: The constantly accelerating pace of product development and the associated shorter development times are presenting conventional manufacturing processes with technological challenges. Additive manufacturing using PBF-LB/M (Powder Bed Fusion - Laser Beam Melting) is already widely used in prototype production. In the future, components with a high degree of individualization and complex structures manufactured in the PBF-LB/M process will compete with established manufacturing processes. Since components are mostly exposed to cyclic loads, the knowledge of static material properties is insufficient to perform a fully comprehensive component design. In addition, components from the PBF-LB/M process have anisotropic material properties which make component design even more difficult. This lack of material knowledge was addressed by considering the process-related material properties using the example of a heat-treated 20MnCr5 case-hardening steel in this work. Attention was paid to the cyclic properties in three different design directions of the material specimens (vertical, diagonal and horizontal design). In the present work the base powder of the manufactured material samples was investigated as first, which were produced in a close-to-series process. Special consideration was given to the resulting particle size distribution and the chemical composition of the base powder. In addition, the differences in the chemical composition of the base powder and the material samples manufactured from it were shown. The fabricated material samples were analysed for reproducibility and porosity was identified as the overriding quality characteristic.