3. Fachtagung Werkstoffe und Additive Fertigung
Vortrag
12.05.2022
Hybridmaterialverarbeitung von CuCr1Zr und Stahl 1.2344 mittels Laser Powder Bed Fusion
YS

Yassin Saber (M.Sc.)

Technische Universität Berlin

Saber, Y. (V)¹; Uhlmann, E.¹
¹Technische Universität Berlin
Vorschau
21 Min. Untertitel (CC)

Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) ist ein weit verbreitetes additives Fertigungsverfahren zur Erzeugung metallischer Bauteile mit komplexen Geometrien einschließlich innenliegenden Strukturen wie Kühlkanäle und Hinterschneidungen. Schwerpunkt bisheriger Forschung zum L-PBF-Verfahren ist die monolithische Verarbeitung eines Werkstoffes. Durch Kombination zweier Werkstoffe in der Hybridmaterialverarbeitung können jedoch die Stärken verschiedener Materialien in einem Bauteil vereint werden, um Produkte leistungsfähiger zu machen oder neue, innovative Anwendungen erstmalig zu ermöglichen. Im Rahmen dieses Vortrages werden Forschungsarbeiten zur L-PBF-Hybridmaterialverarbeitung der Kupferlegierung CuCr1Zr und dem Warmarbeitsstahl 1.2344 vorgestellt. CuCr1Zr ist durch eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit bei hoher Festigkeit gekennzeichnet, wohingegen der Warmarbeitsstahl deutlich höhere Festigkeitswerte erzielt und sehr gute Verschleißeigenschaften bietet. Durch Kombination dieser Werkstoffe können im Werkzeugbau beispielsweise Werkzeugspulen für das elektromagnetische Umformen durch Stahlstrukturen verstärkt werden, um deren mechanische Eigenschaften und deren Verschleißfestigkeit zu erhöhen. Zur Hybridmaterialverarbeitung von CuCr1Zr auf Stahl wurden Zwischenschichten mit einem gestaffelten Energieeintrag gefertigt, um dünne Übergangsbereiche mit einer möglichst fehlerfreien Mikrostruktur zu erzeugen. Zur Bewertung der mechanischen Eigenschaften wurden hybride Zugproben im Fertigungszustand und nach direkter Warmauslagerung im uniaxialen Zugversuch untersucht und mit Ergebnissen von monolithischen, additiv gefertigten Zugproben aus CuCr1Zr gegenübergestellt. Viele der Hybridmaterialproben versagten im CuCr1Zr in der Nähe des Werkstoffüberganges. Ausgewählte Bruchflächen wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie untersucht und Querschliffe von nicht getesteten Zugproben wurden angefertigt, um das Gefüge zu visualisieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die monolithischen Zugproben im Fertigungszustand bei ähnlicher Verformbarkeit geringfügig höhere Festigkeitswerte als die Hybridmaterialproben erzielen. Mittels nachgelagerter Warmauslagerung konnten die Festigkeitswerte der hybriden Proben gesteigert werden. Querschliffuntersuchungen offenbaren teilweise größere Bindefehler im CuCr1Zr in einem Abstand von ca. 250 µm vom Werkstoffübergang. Die Bruchflächen zeigen ein duktiles Versagensverhalten, offenbaren jedoch auch Bereiche von unzureichender Aufschmelzung mit ungeschmolzenen Pulverpartikeln. Potentielle Fehlerursachen werden präsentiert und diskutiert. Die Ergebnisse verdeutlichen die Herausforderungen bei der defektfreien Erzeugung hybrider Materialübergänge. 

Abstract

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