Combinatorial study of process parameters, microstructure and mechanical properties in Inconel 718 parts produced by additive manufacturing

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Beim selektiven Laserschmelzen der Ni-Basis-Legierung Inconel 718, werden die funktionellen Eigenschaften der Bauteile durch eine Vielzahl von Prozessparametern beeinflusst. Diese Arbeit analysiert die Auswirkungen von Laserleistung, Scangeschwindigkeit und Schichtdicke auf die Oberflächenqualität, die Gefügeentwicklung, sowie die mechanischen Eigenschaften und die Eigenspannungsfelder. Zunächst wurden 41 Prozessparameterkombinationen mit Hilfe statistischer Versuchsplanung systematisch zusammengestellt. Dies bildete die Basis zur generativen Fertigung von Mikrozugproben. Die Auswertung der Daten zeigte einen komplexen Zusammenhang zwischen den Parametern und den gebauten Strukturen. Die mittleren Oberflächenrauigkeiten konnten auf bis zu 14µm für vertikale und unter 45° nach oben orientierte (upskin) Flächen, sowie bis zu 19µm für unter 45° nach unten orientierte (downskin) Flächen optimiert werden. Die maximalen Zugfestigkeiten der Proben im „wie gebaut“ Zustand, lag bei rund 670 MPa bei Bruchdehnungen von bis zu 33,5 %. Basierend auf den Ergebnissen der Zugversuche wurden in einem weiteren Schritt sechs produktähnliche Geometrien erzeugt und an der Synchrotron Beamline P07 am DESY in Hamburg charakterisiert. Drei der Synchrotrongeometrien wurden unter konstanten Abscheidebedingungen synthetisiert. Bei den anderen drei Proben wurde die volumetrische Energiedichte während des Fertigungsprozesses variiert. Aus den Synchrotrondaten wurden die horizontalen und vertikalen Eigenspannungsverläufe ermittelt und der Texturverlauf in den Proben analysiert. Die Auswertungen ermöglichen neben der Charakterisierung der Zusammenhänge von Zugversuchsdaten, Synchrotronexperimenten und Gefügeuntersuchungen auch den Rückschluss auf die konkreten Einflüsse der einzelnen Parameterkombinationen. So ergibt sich aus dieser Multiparameterstudie, dass es möglich ist, die funktionalen Eigenschaften innerhalb eines Produktes aus Inconel 718 im „wie gebaut“ Zustand alleine durch die Veränderung der Prozessbedingungen während des selektiven Laserschmelzens nach Bedarf anzupassen.

Details

Titel in ÜbersetzungKombinatorische Studie der Prozessparameter und deren Auswirkungen auf die Gefügeentwicklung und die mechanischen Eigenschaften in mittels generativer Fertigung hergestellten Bauteilen aus Inconel 718
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung23 März 2018
StatusVeröffentlicht - 2018