TY - THES

T1 - Additive Fertigung von Nickelbasissuperlegierungen

T2 - Rissbildung, Gefügeanalyse und Prozessoptimierung

AU - Käfer, Nicole

N1 - gesperrt bis 18-05-2027

PY - 2022

Y1 - 2022

N2 - Aufgrund der ausgezeichneten Hochtemperatureigenschaften von Nickelbasissuperlegierungen und der endkonturnahen Fertigung durch pulverbettbasiertes Schmelzen mittels Laserstrahl (LB-PBF) ist die additive Fertigung dieser Superlegierungen für die Industrie von größtem Interesse. Jedoch gelten γ´-verfestigte Nickelbasislegierungen als schwer schweißbar und anfällig gegenüber Rissbildung, was sich durch die Ähnlichkeit zum Schweißverfahren direkt auf das LB-PBF auswirkt. In dieser Diplomarbeit wurden zwei schwer schweißbare Nickelbasissuperlegierungen untersucht, wobei die entsprechenden Proben mittels LB-PBF hergestellt wurden. Für die erste Legierung, NiBas1, wurde ein vollfaktorieller Versuchsplan aus 48 Proben verwendet. Variiert wurden dabei die Prozessparameter Laserenergie, Scangeschwindigkeit und Scanabstand. Für die zweite Legierung, NiBas2, wurden die drei besten Prozessparameter der ersten Legierungsvariante optimiert und 21 weitere Proben hergestellt. Mittels statistischer Tests wurde der Einfluss der Prozessparameter auf die Porosität der Proben untersucht und der Scanabstand als einflussreichster Faktor ausfindig gemacht. Lichtmikroskopische Untersuchungen wurden an den geschliffenen Proben angewendet, um sie bezüglich Gefüge- und Rissbildungen und Bauteildichte zu analysieren. Ebenfalls wurde der Einfluss des heiß isostatischen Pressens (HIP) auf die Porosität und das Rissaufkommen untersucht. Um Aufschlüsse über die Zusammensetzungen der Proben zu erhalten, wurden die Proben mittels Röntgendiffraktometrie und in-situ Synchrotronexperimenten analysiert. Des Weiteren wurden detaillierte, chemische Analysen mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) im Rasterelektronen- und Rastertransmissionselektronenmikroskop durchgeführt, um Unterschiede zwischen Matrix und Rissumgebung zu ermitteln. Somit konnten mehrere Faktoren, beispielsweise ein erhöhter Ti-Gehalt entlang der Zellwände und topologisch dichtest gepackte Phasen, als Rissursache identifiziert werden. Jedoch konnten γ´-Phasen als Rissinitiierung ausgeschlossen werden. In Zukunft können die gewonnenen Erkenntnisse genutzt werden, um die Rissanfälligkeit von schwer schweißbaren Nickelbasissuperlegierungen zu senken und defektfreie Bauteile mittels LB-PBF herzustellen.

AB - Aufgrund der ausgezeichneten Hochtemperatureigenschaften von Nickelbasissuperlegierungen und der endkonturnahen Fertigung durch pulverbettbasiertes Schmelzen mittels Laserstrahl (LB-PBF) ist die additive Fertigung dieser Superlegierungen für die Industrie von größtem Interesse. Jedoch gelten γ´-verfestigte Nickelbasislegierungen als schwer schweißbar und anfällig gegenüber Rissbildung, was sich durch die Ähnlichkeit zum Schweißverfahren direkt auf das LB-PBF auswirkt. In dieser Diplomarbeit wurden zwei schwer schweißbare Nickelbasissuperlegierungen untersucht, wobei die entsprechenden Proben mittels LB-PBF hergestellt wurden. Für die erste Legierung, NiBas1, wurde ein vollfaktorieller Versuchsplan aus 48 Proben verwendet. Variiert wurden dabei die Prozessparameter Laserenergie, Scangeschwindigkeit und Scanabstand. Für die zweite Legierung, NiBas2, wurden die drei besten Prozessparameter der ersten Legierungsvariante optimiert und 21 weitere Proben hergestellt. Mittels statistischer Tests wurde der Einfluss der Prozessparameter auf die Porosität der Proben untersucht und der Scanabstand als einflussreichster Faktor ausfindig gemacht. Lichtmikroskopische Untersuchungen wurden an den geschliffenen Proben angewendet, um sie bezüglich Gefüge- und Rissbildungen und Bauteildichte zu analysieren. Ebenfalls wurde der Einfluss des heiß isostatischen Pressens (HIP) auf die Porosität und das Rissaufkommen untersucht. Um Aufschlüsse über die Zusammensetzungen der Proben zu erhalten, wurden die Proben mittels Röntgendiffraktometrie und in-situ Synchrotronexperimenten analysiert. Des Weiteren wurden detaillierte, chemische Analysen mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) im Rasterelektronen- und Rastertransmissionselektronenmikroskop durchgeführt, um Unterschiede zwischen Matrix und Rissumgebung zu ermitteln. Somit konnten mehrere Faktoren, beispielsweise ein erhöhter Ti-Gehalt entlang der Zellwände und topologisch dichtest gepackte Phasen, als Rissursache identifiziert werden. Jedoch konnten γ´-Phasen als Rissinitiierung ausgeschlossen werden. In Zukunft können die gewonnenen Erkenntnisse genutzt werden, um die Rissanfälligkeit von schwer schweißbaren Nickelbasissuperlegierungen zu senken und defektfreie Bauteile mittels LB-PBF herzustellen.

KW - laser beam powder bed fusion

KW - nickel base superalloys

KW - defects

KW - cracks

KW - pulverbettbasiertes Schmelzen

KW - Nickelbasissuperlegierungen

KW - Defekte

KW - Risse

M3 - Masterarbeit

ER -