Legierungsentwicklung für die laserbasierte additive Fertigung von hochlegierten kohlenstoffreichen Stählen

Das Ziel der Arbeit war, über gezielte Anpassung der Legierungszusammensetzung das Prozessfenster für eine rissfreie Verarbeitung von hochlegierten kohlenstoffreichen Stählen im LPBF-Prozess zu vergrößern, bei gleichzeitiger Bewahrung der Eignung des Werkstoffs für Werkzeug- und Wälzlageranwendungen. Hierzu wurde zunächst das Verhalten verschiedener hochlegierter kohlenstoffreicher Stähle im LPBF-Prozess analysiert. Untersucht wurden die Legierungen HS0-4-1, PMHS6-5-3-8, PMHS7-7-7-11 und X245VCrMo10-5-1, sowie Pulvermischungen aus den Legierungen PMHS6-5-3-8 und PMHS7-7-7-11. Die veränderte chemische Zusammensetzung führte zu unterschiedlichen Erstarrungs-, Ausscheidungs- und Umwandlungsverhalten, die die Rissbildung beeinflussten. Die Untersuchungen des Einflusses unterschiedlicher thermischer Nachbehandlungen auf das LPBF-Gefüge und die durch den Vergütungsprozess resultierenden mechanischen Eigenschaften wurden an den Legierungen HS0-4-1 und PMHS6-5-3-8 durchgeführt. Eine HIP-Nachbehandlung vor dem Vergüten bewirkte eine Erhöhung der Schwing- und Wälzfestigkeit und eine Reduzierung der Streuung des Ausfallverhaltens in den untersuchten Legierungen. Versuche an dem Warmarbeitsstahl X40CrMoV5-1 zeigten, dass der Grad der Verbesserung durch eine Nachverdichtung durch eine geringe LPBF-Ausgangsporosität positiv beeinflusst wird. Aus den Untersuchungen wurden risskritische und eigenschaftskritische Rahmenbedingungen für die Legierungsentwicklung abgeleitet. Im Rahmen dieser Arbeit wurden fünf verschiedene Legierungszusammensetzungen identifiziert. Die Legierungen wurden im LPBF-Prozess verarbeitet und analysiert. Die neuen Legierungen LM2-8-3-8, LM7-6-3-9, LM2-10-3-0 und LM1-3-2-0-Cr15 konnten im verwendeten Prozessrahmen rissfrei aufgebaut werden.