SPP2122

Eutektische Al Legierungen mit angepassten Erstarrungspfaden zur Untersuchung fundamentaler Aspekte der Erstarrung in der laserbasierten additiven Fertigung

Ziel

Gefügeentwicklung in eutektischen Al-Ni Legierungen für die pulverbasierte additive Fertigung (L-PBF)

Kurzbeschreibung

Additive Fertigungsverfahren, besonders das Laserstrahlschmelzen im Pulverbett, gewinnen in Forschung und Industrie auf Grund ihrer vielfältigen und flexiblen Anwendbarkeit immer mehr an Bedeutung. Sie bieten die Möglichkeit komplexe 3D-Strukturen zu erzeugen und lokal angepasste Mikrostrukturen und damit auch mechanische Eigenschaften zu erzeugen. Materialien wie AlSi10Mg, 1.4404 oder Ti6Al4V sind inzwischen etablierte Werkstoffe und werden im industriellen Umfeld eingesetzt. Die Nachfrage nach weiteren und neuen Werkstoffen wird jedoch immer größer.Im Rahmen dieses Projektes wollen wir die Verarbeitbarkeit von (hyper-) eutektischen Al-Ni und Al-Ni-Ce Legierungen mittels SLM aufzeigen und mit deren Hilfe fundamentale Aspekte der Erstarrungsdynamik und Mikrostrukturausbildung, durch Anpassung der Legierungszusammensetzung und damit auch des Erstarrungspfades, untersuchen. Auf Grund der hohen Festigkeit, der exzellenten thermischen Stabilität und der guten Gießbarkeit sind diese Legierungen gute Kandidaten für die additive Fertigung. Um aufwändige experimentelle Untersuchungen zur Bestimmung der Verarbeitungsparameter zu reduzieren werden wir im Rahmen dieses Projektes ein analytisches Modell entwickeln, das die schnelle Vorhersage von Temperaturverteilung, Schmelzbadgeometrie und Prozessfenster erlaubt. Zusätzlich werden wir eine prädiktive, materialabhängige Multiskalen-Simulationskette entwickeln um Prozessdynamik und Erstarrungsverhalten von eutektischen Legierungen zu untersuchen. Mit Hilfe dieser Werkzeuge werden wir Beziehungen für die Korrelation zwischen Prozessparametern und Mikrostruktur beim Laserstrahlschmelzen ableiten und den Einfluss der Legierungszusammensetzung auf die Mikrostruktur und die Erstarrungsdynamik mittels Phasenfeldsimulationen und Experimenten untersuchen. Wir werden diese Modelle experimentel an Hand von binären und ternären Legierungen mit unterschiedlichen Erstarrungspfaden validieren.Die Korrelation zwischen Prozessstrategie und Erstarrungsverhalten ist ein erster Schritt in Richtung lokal angepasster Mikrostrukturen. Um das volle Potential dieses Verfahrens ausschöpfen zu können, ist ein genaues Verständnis der Zusammenhänge zwischen Prozessparametern, Erstarrungsverhalten, Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften unabdingbar. Daher wollen wir in der zweiten Phase des SPP die Korrelation zwischen Prozessparametern und mechanischen Eigenschaften untersuchen. Daher sehen wir das Projekt in den folgenden Arbeitsgruppen des SPPs: (i) calorimetry and crystallization and (ii) theory and modeling. Da das in diesem Projekt entwickelte Prozessmodell an andere Legierungen angepasst werden kann, kann es von anderen Wissenschaftlern im SPP genutzt werden um die thermischen Randbedingungen und das Erstarrungsverhalten ihrer Materialien besser zu verstehen.

Projektpartner

Ansprechpartner/in

Dr. Markus Apel
+49 241 80 98009
m.apel@access-technology.de

Projektinformationen

Laufzeit 
10/1/2018 –
9/30/2021
Förderkennzeichen
409726740
Zuwendungsgeber
Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V
Projektträger
Förderinitiative
SPP
Förderhinweis
Geschäftsfeld
Gefügesimulation
Projektstatus
in Bearbeitung