Phasenaufgelöste Ermüdungsschädigungsmechanismen von Duplex-Stählen des direkten Energieabscheidungsprozesses

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Arne Röttger; Professor Dr.-Ing. Frank Walther
• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554750747

Nach dem derzeitigen Stand der Forschung haben sich grundlegende Studien mit der Bearbeitung von Duplex-Stählen mit laserbasierten AM-Methoden (L-PBF, DED-L) befasst. Ihr Hauptaugenmerk lag jedoch auf der Bestimmung der besten Prozessparameter und Nachbearbeitungstechniken, um Mikrostrukturen zu erzeugen, die dicht sind und einem Phasensatz von 50/50 Ferrit/Austenit sehr nahe kommen. Gängige Duplex-Stahllegierungen erweisen sich für laserbasierte additive Fertigungsverfahren (AM) als nur bedingt geeignet. Ein genaues Verständnis des Prozesses der Mikrostrukturbildung im festen Zustand und während der Erstarrung von Duplex-Stählen, abhängig von der chemischen Zusammensetzung, der Erstarrungsrate und der abwechselnden Wiedererwärmung, ist für die Materialentwicklung notwendig (Röttger, FUW). Darüber hinaus sind Untersuchungen erforderlich, um die phasenaufgelösten und damit zusammenhängenden Bulk-Eigenschaften genau zu charakterisieren. Zusätzliche Informationen über die phasenaufgelöste Schadensentwicklung von mehrphasigen Werkstoffen wie den betrachteten Duplex-Stählen unter statischer und zyklischer Belastung sind ein wichtiges Forschungsthema. Bei AM-verarbeiteten Duplex-Stählen sind die Auswirkungen der Versetzungsdichte und der lokalen Phasenstabilität auf die lokale Bruchausbreitung und die damit verbundenen mikrostrukturellen Veränderungen noch nicht ausreichend erörtert worden (Walther, WPT). Die Ziele des Antrags umfassen ein breites Spektrum an Themen, darunter Oberflächenbehandlungen, Versagensmechanismen, Ermüdungsverhalten, Materialcharakterisierung und Modellierung. Zusammen bieten sie eine umfassende Strategie zur Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit verschiedener Duplex-Stahllegierungen. Die Erlangung eines grundlegenden Verständnisses der Dynamik der Phasenbildung sowohl in der Schmelze als auch im Festkörper wird auch dazu beitragen, die Grundlage für zukünftige Bemühungen zu schaffen, vergleichbare Legierungsideen für AM abzuleiten. Das Projekt ist so konzipiert, dass die Stärken der Antragsteller in einem synergetischen Ansatz berücksichtigt werden (FUW: Legierungsentwicklung, WPT: Materialcharakterisierung). FUW wird auf diese Weise Proben herstellen, die am WPT analysiert werden. Die Standardmaterialien 1.4362 und 1.4462 in AP 1 werden zu Beginn des Projekts verwendet, um eine schnelle Probencharakterisierung am WPT zu ermöglichen. Außerdem wird es durch die Einhaltung dieses Protokolls möglich sein, einige der Ergebnisse mit den Erkenntnissen aus früheren Studien zu vergleichen. Das zweite Jahr wird sich auf eine für das DED-Verfahren optimierte Legierung (1.4462 mod, mod: Modifikation) konzentrieren, in der Annahme, dass daraus allgemeine Schlussfolgerungen über ein leistungsstarkes Legierungsdesign gezogen werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen