Werkstofftechnische Charakterisierung austenitischer und martensitischer Stähle nach dem selektiven Laserschmelzen

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die werkstofftechnische Charakterisierung des Gefüges und der damit verbundenen Eigenschaften von austenitischen und martensitischen Stählen, die mittels selektivem Laserschmelzen (SLM) verdichtet wurden. Beim selektiven Laserschmelzen handelt es sich um einen additiven Fertigungsprozess, der eine ressourceneffiziente Herstellung komplex geformter Bauteile mit hohem Individualisierungsgrad und geringer Nachbearbeitung erlaubt.

Betrachtet wurden in dieser Arbeit der austenitische Stahl X2CrNiMo17-12-2, die Warmarbeitsstähle X40CrMoV5-1 und X38CrMo7-2 sowie der Schnell-arbeitsstahl HS6-5-3. Der Fokus der Arbeit lag auf der Erarbeitung eines grundlegenden Verständnisses zur Bildung und Entwicklung der Mikrostruktur während des Fertigungsprozesses. Dabei wurde die gesamte Prozesskette des SLM-Verfahrens in einem ganzheitlichen Ansatz, beginnend mit dem Ausgangspulver über die SLM-Verdichtung bis hin zu einem notwendigen Post-Processing, betrachtet. Zunächst erfolgten die Charakterisierung des Pulvers in Bezug auf die Eignung für den SLM-Prozess und der Wiederverwendbarkeit sowie die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen dem Laser und der losen Pulverschüttung. Anschließend wurden geeignete Prozessparameter zur Verdichtung ausgewählter Stahlpulver mittels SLM evaluiert. Diesen Untersuchungen schloss sich die Charakterisierung der Proben hinsichtlich der Gefüge- bzw. Defektausbildung und den damit verbundenen Werkstoffeigenschaften an. Da neben der chemischen Zusammensetzung auch das Herstellungsverfahren maßgeblich das Gefüge und die Eigenschaften von Werkstoffen beeinflusst, sind die SLM-Proben mit schmelzmetallurgisch (Gießen und Umformen) oder pulvermetallurgisch (Heiß-Isostatisches Pressen (HIP)) hergestellten Proben verglichen worden. Darüber hinaus wurde der Einfluss eines Post-Processing (HIP-Nachverdichtung oder Wärmebehandlung) auf die Gefügeausbildung und die damit verbundenen Werkstoffeigenschaften betrachtet.