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Thursday, September 14, 2023, Mailand 11:30 AM Korrosions- und Verschleißschutz |
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Modifikation von Hochleistungslegierungen zum Optimieren auftraggeschweißter und zerspanter Oberflächen |
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Kai Treutler* / Institut für Schweißtechnik und Trennende Fertigungsverfahren - TU Clausthal, D Antonia Eissel / Institut für Schweißtechnik und Trennende Fertigungsverfahren (ISAF), Deutschland Volker Wesling/ Institut für Schweißtechnik und Trennende Fertigungsverfahren (ISAF), Deutschland Lorenz Engelking/ Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM), Deutschland Dirk Schröpfer/ Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM), Deutschland Thomas Kannengießer/ Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM), Deutschlan |
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Aufgrund steigender Anforderungen hinsichtlich der Effizienz hochbelasteter Komponenten im Turbinen- oder Anlagenbau ist heute zunehmend der Einsatz kostenintensiver, schwer verarbeitbarer Werkstoffe notwendig. Hierbei weisen insbesondere Kobalt-Chrom-Legierungen neben hoher thermischer und mechanischer Beanspruchbarkeit einen beträchtlichen Widerstand gegenüber korrosiven und abrasiven Belastungen auf. Eisen-Nickel-Legierungen finden aufgrund des niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei großformatige Laminierwerkzeuge Anwendung. Zunehmend komplexe Strukturen und die Optimierung der Ressourceneffizienz erfordern überdies in vielen Bereichen additive Fertigungsschritte zur Herstellung bzw. Reparatur der Komponenten. Hinsichtlich Inhomogenität und Anisotropie der Gefüge und Eigenschaften sowie fertigungsbedingter Beanspruchungen sind für den wirtschaftlichen Einsatz additiver Schweißverfahren bei KMU noch viele Kenntnisse notwendig. Den hohen Belastungen der Komponenten und Anforderungen an die Oberflächenintegrität ist durch einen komplementären Einsatz additiver und zerspanender Fertigungsprozesse zu begegnen. Dabei sind gerade Co-Cr-Legierungen wegen der niedrigen Wärmeleitfähigkeit verbunden mit hoher Festigkeit und Zähigkeit äußerst herausfordernd mit Blick auf eine wirtschaftliche Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide. Eine Verringerung der enormen Prozesskräfte und Belastungen für Werkzeug und Werkstückoberfläche ist heute zudem über hybride Fräsprozesse erreichbar. Deshalb untersuchen das ISAF und die BAM in einem Gemeinschaftsvorhaben (DVS1.3211/ IGF20979N) gezielte Legierungsmodifikationen zur Gefügebeeinflussung, um homogene und isotrope, beanspruchungsgerechte Eigenschaften und Bauteile sowie wesentliche Verbesserungen der Zerspanbarkeit für nachfolgende Schlichtfräsprozesse zu erreichen. Hierfür wurden die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Legierungsmodifikationen der entstehenden Gefügemorphologie sowie den Zerspanungseigenschaften von Co-Cr- und Fe-Ni-Legierungen für das additive Plasma-Pulver-Auftragschweißen (PTA) ermittelt. So konnte gezeigt werden, dass bereits geringe Mengen eines zusätzlichen Legierungselementes einen deutlichen Einfluss auf die Gefügemorphologie und die Härte haben. Umfangreiche Studien zum nachfolgenden Schlichtfräsen zeigen überdies eine verbesserte Zerspanbarkeit, insbesondere beim Einsatz ultraschallunterstützter Fräsprozesse. Signifikant verringerte Zerspankräfte und eine erhöhte Oberflächenintegrität sowie geringere Zugeigenspannungen in der Randzone belegen diesen Zusammenhang. Anschließend werden die Ergebnisse auf den Metallschutzgas-Schweißprozess übertragen. Als Ziele dieser Untersuchungen wurden letztlich Erkenntnisse für eine sichere, wirtschaftliche, kombinierte additive und abtragende Fertigung mit kostenintensiven Hochtemperaturwerkstoffen und darauf aufbauend Handlungsanweisungen und Empfehlungen für Normen und Verarbeitungsrichtlinien erarbeitet. In Teil 1 wird im Detail auf die Auswirkungen der Modifikationen auf die Gefügemorphologie eingegangen. |