U02 - Laserlegieren

U02 - Laser-Tieflegieren zur Einstellung fein abgestufter Legierungszust?nde

Zu den wesentlichen Vorteilen des Lasers geh?ren die hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit und Pr?zision. Dadurch ist er in besonderer Weise ein geeignetes Werkzeug für Hochdurchsatzanwendungen. Beim Laserlegieren wird die hohe Leistungsdichte des fokussierten Laserstrahls genutzt, um Grundmaterial und Legierungselemente zu schmelzen und so eine Metallbindung zu erm?glichen. Im Teilprojekt U02 werden Mikroproben unterschiedlicher Legierungszusammensetzung erzeugt, auf deren Grundlage thermisch und mechanisch induzierte Eigenschafts?nderungen - die sogenannten ?farbigen Zust?nde“ - generiert und Deskriptoren ermittelt werden sollen.

Hierzu wird an einem neuartigen laserbasierten Legierprozess geforscht, der es erm?glichen soll, eine Vielzahl verschiedener Legierungen in feiner Abstufung ihrer chemischen Zusammensetzung kontrolliert herzustellen. Im ersten Prozessschritt werden Legierungselemente in definierter Menge auf dem Grundwerkstoff vordeponiert. Dies erfolgt vorrangig in Form von dünnen Pulverlagen mittels selektiven Laser-Strahlschmelzens (LBM). Das Erzeugen der Legierungen wird im darauffolgenden Schritt durch das laserbasierte Umschmelzen und Durchmischen der einzelnen Legierungselementlagen mit dem Substrat über einen scannergeführten Laser-Tieflegierprozess realisiert.

Ziel des Vorhabens ist die reproduzierbare Erzeugung homogener Legierungen definierter Zusammensetzung mit hohem Durchsatz. Die Beherrschung des Tieflegierprozesses hinsichtlich der Einschwei?tiefe und der Homogenit?t des Umschmelzbades ist hierfür unabdingbar. Durch eine in-situ-Regelung der Einschwei?tiefe soll die M?glichkeit geschaffen werden, ein definiertes Umschmelzvolumen einzustellen. Die Homogenit?t innerhalb eines Legierungszustandes soll mittels in-situ-Erfassung des Emissionsspektrums des prozessinduzierten Plasmas sichergestellt werden. Neben der Untersuchung des Einflusses verschiedener Modulationsstrategien des Laserstrahls auf die Homogenit?t des umgeschmolzenen Volumens besteht eine weitere Herausforderung darin, ein gleichm??iges Gefüge der Legierung gezielt einzustellen. Hierzu sind Untersuchungen zur nachtr?glichen laserbasierten W?rmebehandlung mit kontrollierter Abkühlung vorgesehen.

Das Teilprojekt steht als urformendes Verfahren in der gesamten Prozesskette der Methode ?Farbige Zust?nde“ ganz vorne und ist entsprechend stark mit allen Projektbereichen hinsichtlich Probenbereitstellung und Datenaustausch vernetzt. Darüber hinaus nimmt das Teilprojekt eine ?einf?rbende“ Rolle ein. So werden auch sph?rische Mikroproben aus dem Teilprojekt U01 einer laserbasierten Kurzzeitw?rmebehandlung unterzogen, was weitere Erkenntnisse zur Abh?ngigkeit zwischen Werkstoff und verwendeten Prozessparametern einerseits und dem resultierenden Gefüge der Probe andererseits liefert.

Langfristiges Ziel des Teilprojektes in den weiteren Phasen ist unter anderem die Flexibilit?t und Automatisierbarkeit des Tieflegierprozesses mit Blick auf die Hochdurchsatzf?higkeit bei maximaler Reproduzierbarkeit der Proben zu steigern, um eine noch gr??ere Bandbreite an Legierungs- und Gefügezust?nden für die Methode zur Erforschung evolution?rer Konstruktionswerkstoffe des SFB1232 bereitzustellen.

Publikationen

Czotscher, T., Wielki, N., Vetter, K., Vollertsen, F., Meyer, D. Rapid Material Characterization of Deep-Alloyed Steels by Shock Wave-based Indentation Technique and Deep Rolling. Nanomanufacturing and Metrology, (2019). [Link zum PDF]

Mittelst?dt, C., Blanke, N., Czotscher, T., Frei?e, H., Halisch, C., Schultz, V., Simic, A., Stephen, A., Tyralla, D., Vetter, K. Aktuelle Forschungsthemen zum Laserstrahleinsatz. Schwei?en und Schneiden 70, 9 (2018) 650-657

K?mmler, J., Guba, N., Vetter, K., Vollertsen, F., Meyer, D. Material characterization by deep rolling of laser deep alloyed micro-samples. euspen's 18th international Confernce & Exhibition. 2018. Venice, Italy. [Link zum PDF] [Link zur Konferenz]

Konstantin Vetter, Hannes Frei?e, Frank Vollertsen. High-throughput material development using selective laser melting and high power laser. 7.WGP-Jahreskongress, p. 511-518, Aachen, Germany, 2017 [Link zur Konferenz]

Konstantin Vetter, Sven Hohen?cker, Hannes Frei?e, Frank Vollertsen. Use of additive manufacturing for high-throughput material development. Lasers in Manufacturing Conference 2017 (LiM), Munich, Germany, 2017 [Link zur Konferenz]

Konstantin Vetter, Hannes Frei?e, Frederik Feuerhahn, Henry K?hler, Frank Vollertsen. Influence of scanning strategy on alloy generation. THE LASER USER, Issue 83, p. 32-33, 2017 [Link zum PDF]

Konstantin Vetter, Hannes Frei?e, Frederik Feuerhahn, Frank Vollertsen. Einfluss der Scanstrategie bei der Erzeugung von Legierungsvarianten für Hochdurchsatz-Untersuchungen. LASER, Vol. 4, p. 32-34, 2016 [Link zum PDF]