Einfluss der geometrischen Komplexität von Bauteilen aus Ti-6Al-4V auf die Mikrostruktureigenschaften im pulverbettbasierten Laserschmelzen

Abstract

Ziel dieser Arbeit ist, den Einfluss der geometrischen Komplexität auf die Mikrostruktureigenschaften in mittels LPBF gefertigten Bauteilen aus Ti-6Al-4V zu untersuchen und zu prüfen, inwieweit die Mikrostruktur ganzer Bauteile indirekt über die zugrundeliegenden thermischen Historien vorhergesagt werden können. Grundlage hierfür bildet die Hypothese, dass die während des LPBF-Prozesses auftretenden, geometrieabhängigen thermischen Historien maßgeblich die resultierenden Mikrostruktureigenschaften bestimmen. Zur Untersuchung dieser Zusammenhänge werden einerseits thermische Simulationen der LPBF-Fertigung nach dem Ansatz der Finite-Elemente-Methode (FEM) auf entwickelten Probengeometrien angewendet. Andererseits werden Aufnahmen der Mikrostruktur der Probengeometrien mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) erstellt und der β-Phasenanteil als zentrale Kenngröße zur quantitativen Beschreibung der Mikrostruktur mittels Bildverarbeitung bestimmt. Auf Basis dieser Untersuchungen werden funktionale Zusammenhänge zwischen den simulierten thermischen Historien und den experimentell ermittelten Mikrostruktureigenschaften untersucht und Korrelationsmodelle erstellt. Das Korrelationsmodell mit höchstem Gütemaß wird auf eine komplexe Bauteilgeometrie angewendet, um über eine thermische Simulation der LPBF-Fertigung des Bauteils die lokalen β-Phasenanteile des Bauteils vorherzusagen. Die Vorhersagegenauigkeit wird durch den Vergleich der vorhergesagten und experimentell ermittelten β-Phasenanteile bewertet