Zur Erfüllung der steigenden Anforderungen hinsichtlich der Gewichtsoptimierung von technischen Systemen bietet die additive Fertigung ein enormes Potential, was im Wesentlichen aus den weit über die Grenzen herkömmlicher Fertigung hinausgehenden Gestaltungsmöglichkeiten resultiert. Um allerdings das gesamte Leichtbaupotential additiv gefertigter Strukturen auszuschöpfen, ist eine umfassende Kenntnis der mechanischen Eigenschaften sowie deren Zusammenhang mit der zugrundeliegenden, additiv gefertigten Mikrostruktur unabdingbar. Darüber hinaus stehen dem exzeptionellen Leichtbaupotential wesentliche Herausforderungen gegenüber, wobei insbesondere die prozessinduzierten Defekte sowie die additiv gefertigte Oberfläche zu nennen sind, die in erheblichen Kerbwirkungen und folglich einer Reduktion der Ermüdungsfestigkeit resultieren.

In diesem Kontext wurde in der vorliegenden Arbeit das Ermüdungsverhalten von mittels Laser-Strahlschmelzen (Laser Beam Melting, LBM) gefertigten Proben aus der aushärtbaren Aluminiumgusslegierung AlSi10Mg untersucht. Hierbei lag der Fokus auf dem Einfluss prozessinduzierter mikrostruktureller Defekte auf die Ermüdungsfestigkeit. Zudem wurde analysiert, inwiefern diese Defekte mit den vorliegenden Werkstoffvolumeneigenschaften wechselwirken, weshalb zusätzlich zu den Proben im „as-built“-Zustand ausscheidungsgehärtete (T6) Probekörper untersucht wurden. Unter Verwendung von instrumentierten zyklischen Eindringprüfungen, welche eine Bewertung des Verfestigungsvermögens bzw. der Defekttoleranz erlauben [1], sowie des √area-Ansatzes [2] konnte hierbei festgestellt werden, dass die ausscheidungsgehärteten Proben eine erheblich höhere Defekttoleranz besitzen. Dies führt dazu, dass die Proben im T6-Zustand trotz einer geringeren Härte bzw. quasistatischen Festigkeit eine höhere Ermüdungsfestigkeit aufweisen.

Darüber hinaus wurden je Werkstoffzustand Proben mit polierter und mit additiv gefertigter Oberfläche untersucht. Die erhöhte Ermüdungsfestigkeit der nachbearbeiteten, polierten Proben ist im Wesentlichen auf das Entfernen der additiv gefertigten Randschicht, welche eine erhöhte Defektdichte, rauheitsbedingte Mikrokerbwirkungen, eine veränderte Kornstruktur und hohe prozessinduzierte Eigenspannungen aufweist, zurückzuführen. Zudem wurde auch für den additiv gefertigten Oberflächenzustand eine erhöhte Lebensdauer für die T6-Proben festgestellt, was teilweise ebenfalls in der erhöhten Defekttoleranz begründet ist, und deren immense Bedeutung für die Ermüdungsfestigkeit unterstreicht.

[1] B. Blinn et al., Int. J. Fat. 2020, 131: 105301

[2] Y. Murakami, Elsevier 2002