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Projekt
Entwicklung eines Verfahrens zur Karbid-Additivierung auf Werkzeugstahlpulvern mittels eines funktionellen Polymerbinders zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit, der Gefügeisotropie und der Festigkeit von harten Eisenlegierungen
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Christoph Broeckmann; Professor Dr. Andrij Pich
Fachliche Zuordnung
Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 493892776
Stähle mit höheren Kohlenstoffgehalten, z. B. Kaltarbeits- und Schnellarbeitsstähle, haben sich als schwierig bei der LPBF-Verarbeitung erwiesen. Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt zeigen eine Neigung zur Kaltrissbildung bei der LPBF-Verarbeitung. Der Einfluss der Prozesssparameter sowie des Legierungsgehaltes auf die Rissbildungsmechanismen von hochlegierten Werkzeugstählen, die mit LPBF verarbeitet werden, ist noch nicht vollständig geklärt. Während vorlegierte Pulver in ihrem Legierungsgehalt durch Rissbildung begrenzt zu sein scheinen, kann der Legierungsgehalt durch den Einsatz unterschiedlich aufbereiteter Einsatzstoffe erhöht werden. Um das Spektrum der verarbeitbaren Legierungen zu erweitern, sind partikelverstärkte Legierungen in den Fokus gerückt. Verschiedene Karbide wurden Basisstählen zugefügt, hauptsächlich durch Kugelmahlen, und durch LPBF verarbeitet. Das Kugelmahlen ist zeitaufwendig und kann zu einer reduzierten Sphärizität des Pulvers führen. Das sog. „Satelliting“ ist eine weitere Methode, um große Pulverpartikel mit feinen Additiven durch ein Bindemittel zu dekorieren. „Satellitierte“ Partikel verhindern eine lokale Entmischung aufgrund von Größen- und Dichteeffekten des Pulvers und können die Anisotropie und Korngröße reduzieren. Anders als Ti-, Al- und Co-Legierungen, sind korrosionsanfällige Stähle noch nicht „satellitiert“ worden. Kürzlich wurde eine Reihe erfolgreicher Phosphorylierungen von Polysacchariden (als biobasiertes Polymernetzwerk) mit unterschiedlichem Substitutionsgrad veröffentlicht. Eine Erhöhung des Grades der Phosphatgruppen-Substituenten in der Polysaccharidstruktur könnte die antioxidativen Aktivitäten (die mit der Korrosionshemmung zusammenhängen) aufgrund der Aktivierung von Wasserstoffatomen, die am anomeren Kohlenstoff der Polysaccharide vorhanden sind, erhöhen. Das Ziel dieses Projekts ist die Bereitstellung einer neuen und zuverlässigen Methode zur Karbidadditivierung von harten Eisenlegierungen wie Werkzeugstählen mittels eines funktionellen Polymerbinders (Polysaccharidphosphat), um die mikrostrukturelle Isotropie sowie die Verarbeitbarkeit mit LPBF zu verbessern. Die Modifikation des Werkzeugstahls zielt auf eine Verbesserung der Verarbeitbarkeit durch Verringerung der Kalt- und Warmrissneigung und auf ein homogenes isotropes, feinkörniges Gefüge, indem ungeschmolzene Karbide als Keimbildungsstellen für die isotrope Erstarrung fungieren. Korngröße und Gefüge werden zu wichtigen Indikatoren für den Projekterfolg. Die Legierungen werden durch thermodynamische Gleichgewichts- und Scheil-Gulliver-Erstarrungsberechnungen entwickelt. Die Untersuchung umfasst den Einfluss des „Satelliting“ auf die rheologischen und thermophysikalischen Pulvereigenschaften. Skalenübergreifende Gefügeuntersuchungen sowie statische und dynamische mechanische Versuche charakterisieren die Verarbeitbarkeit durch LPBF, die Gefügebildung und die Vorteile eines isotropen Gefüges auf die mechanischen Eigenschaften.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
