Einfluss von Pulverkorngrößen- und Fülldichteverteilung auf das heißisostatische Pressen von endkonturnahen Bauteilen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph Broeckmann
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 202959245

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer Simulationsmethode zur präzisieren Vorhersage der Bauteilendkontur beim Heißisostatischen Pressen mit der die bisher bei der Kapselkonstruktion übliche Trial and Error Methodik abgelöst wird. Hierzu wird in ein bestehendes konstitutives Modell, das die Einflüsse plastischer und viskoplastischer Verformungen berücksichtigt, verbessert und in die Finite Elemente Software ABAQUS implementiert. Ein wichtiger Schwerpunkt des Projektes ist, das Verständnis der Einflüsse von Pulvergrößenverteilung und inhomogener Dichteverteilung auf die endgültige Form von PM-HIP-Teilen zu verbessern. Die genannten Einflüsse werden in dem Simulationsmodell berücksichtigt. Die Methodik wird anhand der HIP- Verdichtung eines gasverdüsten Edelstahlpulvers demonstriert. Alle erforderlichen Modellparameter werden experimentell bestimmt. Zusätzlich wird der Einfluss von Temperaturgradienten innerhalb der HIP-Anlage auf die Genauigkeit der vorhergesagten Bauteilform eingehend untersucht. Darüber hinaus zeigen aktuelle Untersuchungen, dass das Kapseldesign und die Kapselblechdicke wesentliche Einflussfaktoren auf den Verzug der Bauteile während des HIP darstellen. Der Einfluss der Kapselgeometrie auf die Endkontur des Bauteils soll gezielt genutzt werden, um durch Kombination des Simulationsmodells mit einer Geometrieoptimierung, Form und Größe der Kapsel vor dem HIP-Zyklus zu optimieren. Es wird erwartet, dass mit Hilfe dieser neuen Methodik die Herstellung von net-shape Bauteilen mit engsten Maßtoleranzen nach HIP möglich wird. Daher gliedern sich die Hauptziele des Fortsetzungsantrags wie folgt: 1 . Fortsetzung der restlichen Arbeitspakete wie in dem ursprünglichen Plan beschrieben. Vor allem müssen die verbliebenen Experimente zur Bestimmung von Materialparametern sowie Simulationsrechnungen und Experimente zur Modellverifikation an komplexen Kapselgeometrien durchgeführt werden. 2 . Analyse des Einflusses von Pulvergrößenverteilung, inhomogener Ausgangspulververteilung und Temperaturgradienten in der HIP-Anlage auf die Endkontur der heißisostatisch gepresster Komponenten. 3 . Herstellung von net-shape Komponenten unter Verwendung der numerisch optimierten Kapselkonstruktion.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen