Hochtemperaturermüdungsverhalten von konventionellen sowie im Laserschmelzverfahren hergestellten, beschichteten, heißisostatisch gepressten Nickelbasis-Hochtemperaturlegierungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Mirko Schaper, seit 5/2014; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Tillmann
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 231988306

Nickelbasislegierungen werden seit vielen Jahren im Bereich der Luft- und Raumfahrttechnik und der Kraftwerksindustrie eingesetzt, da sie bei erhöhten Einsatztemperaturen hohe Festigkeiten sowie ausgezeichnete Oxidations- und Korrosionsbeständigkeiten aufweisen. Bei der Herstellung und Verarbeitung von Bauteilen aus Nickelbasislegierungen werden neben konventionellen schmelzmetallurgischen Techniken zunehmend neuartige Methoden angewendet. Diese ermöglichen es Komponenten mit Geometrien zu fertigen, die mit konventionellen Verfahren nicht realisierbar sind und darüber hinaus aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten für die Fertigung von Kleinserien und Einzelkomponenten ebenso vertretbar sind. Das selektive Laserschmelzen (engl.: selective laser melting, SLM) ist ein solches Verfahren, das seit einigen Jahren intensiv erforscht wird. Die schlechteren mechanischen Eigenschaften aufgrund von vorhandenen Poren im Vergleich zu den konventionell hergestellten Legierungen verhindern allerdings bisher den breiten Einsatz der auf diese Weise gefertigten Bauteile. Erste Ergebnisse von mittels SLM hergestellten und heißisostatisch gepressten Nickelbasislegierungen zeigen bereits gute Erfolge, jedoch fehlt bislang das für den Bauteileinsatz wichtige Verständnis zum Ermüdungsverhalten bei hohen Temperaturen. Das beantragte Forschungsprojekt verfolgt daher im Wesentlichen drei Hauptziele, in denen es gemeinsam um die Verbesserung der Hochtemperaturermüdungseigenschaften von mittels SLM hergestellten Inconel 718 Legierungen geht. Das erste Ziel des Projektes ist es, ein detailliertes Verständnis über die unterschiedlich wirkenden Mechanismen bei einer Hochtemperaturermüdung in mittels SLM hergestellten und unterschiedlich behandelten Nickelbasis-Superlegierungen auf mikrostruktureller Ebene zu erarbeiten. Da anzunehmen ist, dass die vorhandenen Poren im SLM-Material eine dominierende Wirkung haben, sollen diese Werkstoffinhomogentitäten durch das heißisostatische Pressen vor der eigentlichen Ermüdung bestmöglich beseitigt werden. Dieses soll im zweiten Arbeitsschwerpunkt untersucht werden. Es gilt zu beantworten, welche Auswirkungen das heißisostatische Pressen auf das SLM-Material hat. Dazu soll neben einer eingehenden Oberflächencharakterisierung speziell mittels Computertomographie das Volumen untersucht werden. Das dritte Ziel ist die Entwicklung einer auf einer PVD-Beschichtung basierenden neuartigen Probenkapselung für das anschließende heißisostatische Nachverdichten. Diese innovative Methode soll nicht nur den Nachverdichtungseffekt während des heißisostatischen Pressprozesses verstärken, indem es den Restanteil an offenen Poren an der Bauteiloberfläche abdeckt, sondern die Oberfläche auch weitergehend funktionalisieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Dr.-Ing. Eric Klemp; Professor Dr.-Ing. Hans-Joachim Schmid
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Niendorf, bis 5/2014