Untersuchung zu Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften von additiv gefertigten Stahlbauteilen unter Berücksichtigung von Zwischenlagentemperatur und Wärmebehandlungen

Abstract

In dieser Arbeit werden die Einflüsse der Probenposition, der Zwischenlagentemperatur sowie nachträglicher Wärmebehandlungen auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften additiv gefertigter Stahlwände untersucht. Als Werkstoffe dienen der Duplexstahl 1.4462 (2209) und der austenitische Stahl 1.4404 (316L), hergestellt mittels Wire Laser Additive Manufacturing (WLAM). Die Arbeit leistet einen Beitrag zu einem Projekt mit dem übergeordneten Ziel, eine Datengrundlage zur Beschreibung von Prozess-Mikrostruktur-Eigenschafts-Korrelationen zu schaffen. Dabei soll bewertet werden, inwieweit sich durch eine gezielte Einstellung der Zwischenlagentemperatur mikrostrukturelle und mechanische Inhomogenitäten reduzieren lassen. Darüber hinaus wird der Effekt von Wärmebehandlungen hinsichtlich des Ausgleichs von Inhomogenitäten und anisotropen Eigenschaften analysiert. Hierzu wurden für die Analyse der Mikro�struktur Daten zu Phasenanteilen, Korngrößen, Textur, Einschlüssen und chemischer Zusammensetzung erhoben. Zur Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften wurden Kennwerte aus Zugversuchen und Härteprüfungen bestimmt. Die Ergebnisse verdeutlichen die Komplexität der Prozess-Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehungen bei der additiven Fertigung metallischer Werkstoffe. In den oberen Wandbereichen weisen Proben, unabhängig von der Stahlsorte, größere Austenitkörner und eine geringere Festigkeit auf, was einen der zentralen Zusammenhänge dieser Arbeit darstellt. Bei einer Zwischenlagentemperatur von 200 °C hingegen wird eine feinere Kornstruktur beobachtet; in Duplexproben zusätzlich ein erhöhter Ferritanteil. Diese Mikrostrukturausprägungen führen zu einer Zunahme von Härte und Festigkeit bei gleichzeitig verringerter Duktilität. Eine Reduktion der Eigenschaftsunterschiede innerhalb der einzelnen Proben konnte allerdings durch die Zwischenlagentemperatur nicht erreicht werden. Die durchgeführten Wärmebehandlungen hingegen reduzieren die Eigenschaftsunterschiede deutlich, gehen jedoch mit einem Kornwachstum der austenitischen Phase und einer entsprechenden Abnahme der Härte einher. Zur weiteren Quantifizierung des Wärmebehandlungseinflusses sind in Zukunft vertiefende Mikrostrukturanalysen sowie Zugversuche vorgesehen.