808579 20250930142856.0 HBZ HT020681407 Laufende Nummer 39939 datacite_doi 10.18154/RWTH-2020-12160 RWTH-2020-12160 English 620 P:(DE-82)IDM02447 Köhnen, Patrick 0 rwth Alloy- and process design of additively manufactured bulk and lattice structures of austenitic advanced high-strength steels vorgelegt von Herrn Patrick Köhnen, M.Sc. RWTH online Aachen RWTH Aachen University 2020 2021 1 Online-Ressource 2 EndNote Thesis PUB:(DE-HGF)11 PUB:(DE-HGF) Dissertation / PhD Thesis phd phd BibTeX PHDTHESIS DRIVER doctoralThesis DataCite Output Types/Dissertation ORCID DISSERTATION Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2021 Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020, Kumulative Dissertation Dissertation Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen 2020 Fak05 2020-12-08 Das selektive Laserschmelzen (LS) bietet das Potenzial, Konstruktionseinschränkungen konventioneller Fertigungsverfahren zu überwinden und hochkomplexe Bauteile wie periodische Gitterstrukturen mit einzigartigen Eigenschaften zu produzieren. Zu den materialbezogenen Herausforderungen des LS gehören die gezielte Nutzung der schnellen Erstarrungsbedingungen sowie die Entwicklung neuer prozessangepasster Legierungen mit verbesserten Eigenschaften. In dieser Arbeit wurde eine Legierungs- und Prozess-Design-Strategie entwickelt, welche die schnellen Erstarrungsbedingungen während des LS-Prozesses ausnutzt, um eine Mikrostrukturverfeinerung und Texturreduzierung von austenitischen hochfesten Stählen (AHS) zu erzielen. Neben den mikrostrukturellen Anpassungen wurden zusätzliche legierungsspezifische Verformungsmechanismen genutzt um das Verfestigungsverhalten von Vollkörper- und Gitterstrukturproben zu beeinflussen. Während des Prozessdesigns wurden verschiedene LS-Prozessparameter angepasst, um Prozess-Mikrostruktur-Eigenschaftsbeziehungen herzuleiten. Um zusätzliche, experimentell schwer zu bestimmende Prozessbedingungen zu ermitteln, wurden die Schmelzbadgeometrie und die lokalen Erstarrungsparameter im Schmelzbad mit einem Finite-Elemente-Modell simuliert und mit der Mikrostruktur korreliert. AHS welche mit höheren Lasergeschwindigkeiten und einer alternativen Laserscanstrategie prozessiert wurden, wiesen eine höhere Festigkeit und ein höheres Energieabsorptionspotenzial auf, welches auf den partiellen Übergang von einer gerichteten zu einer gleichachsigen Erstarrung der Körner und der Anhäufung geometrisch notwendiger Versetzungen zurückgeführt wurde. Das Legierungsdesign wurde durch rechnergestützte Thermodynamik und der Verwendung von Pulver-mischungen aus AHS und Aluminium geleitet, um Vollkörper- und Gitterstrukturproben mit unterschiedlichem Aluminiumgehalt zu erzeugen. Der Übergang von austenitischer zu ferritisch-austenitischer Erstarrung sowie Ferrit-Austenit Festkörperumwandlungen ermöglichte die Steuerung der Mikrostruktur- und Texturentwicklung. Zusätzlich ermöglichte die Variation des Aluminiumgehalts die flexible Steuerung des Verfestigungsverhaltens durch Einstellung der Verformungsmechanismen umwandlungsinduzierter und zwillingsinduzierter Plastizität. Durch die mikrostrukturellen Anpassungen konnten die mechanischen Eigenschaften in einem weiten Bereich eingestellt sowie die Energieabsorption von geometrisch selektierten AHS-Gitterstrukturen signifikant erhöht werden. ger Laser powder bed fusion (LPBF), with its potential to overcome design deficiencies of conventional manufacturing processes and to print highly complex parts such as lattice structures with unique properties, is one of the key technologies of metal additive manufacturing. Material related challenges include taking advantage of the fast solidification conditions during LPBF and the development of new process adapted alloys with increased mechanical properties. In this work, an alloy- and process design strategy was developed to take advantage of the fast solidification conditions during LPBF and enable microstructure refinement and texture randomization of austenitic advanced high-strength steels (AHSS). In addition to the micro-structural adaptation, alloy-specific deformation mechanisms were used to tailor the work-hardening behavior of LPBF produced bulk and lattice structures. During the process design, LPBF process parameters were adjusted to understand process-microstructure-property linkages. To determine additional process characteristics that are difficult to determine experimentally, the melt pool geometry and the local solidification parameters were simulated by a finite element melt pool model and correlated with the microstructure. AHSS produced with higher laser speeds and an alternative laser scan strategy revealed higher strength and energy absorption potential during plastic deformation, which was attributed to the partial transition from a columnar to equiaxed solidification of grains and the high accumulation of geometrically necessary dislocations. The alloy design was guided by computational thermodynamics and the usage of powder mixtures of AHSS and pure aluminum to generate bulk and lattice structure specimens with varying aluminum content by LPBF. The transition from austenitic to ferritic-austenitic solidification and solid-state ferrite to austenite phase trans-formations allowed to control the microstructure and texture evolution during LPBF. Additionally, the variation of the aluminum content enabled the flexible adjustment of the active deformation mechanisms transformation- and twinning-induced-plasticity, to govern the work-hardening behavior. The microstructural adjustments were suitable to tailor the mechanical properties in a wide range and were especially valuable for the energy absorption of geometrically selected AHSS lattice structures during plastic deformation. eng Dataset connected to Lobid/HBZ Germany additive manufacturing alloy design high manganese steel lattice structure phase field powder bed fusion solidification thermodynamics P:(DE-82)IDM00232 Bleck, Wolfgang 1 Thesis advisor rwth P:(DE-82)IDM02400 Schleifenbaum, Johannes Henrich 2 Thesis advisor rwth P:(DE-82)IDM03454 Krupp, Ulrich 3 Thesis advisor rwth RWTH-2018-223214 RelatedTo RWTH-2018-230232 RelatedTo RWTH-2019-10424 RelatedTo RWTH-2020-02094 RelatedTo RWTH-2020-09054 RelatedTo http://publications.rwth-aachen.de/record/808579/files/808579.pdf OpenAccess http://publications.rwth-aachen.de/record/808579/files/808579_source.doc Restricted http://publications.rwth-aachen.de/record/808579/files/808579_source.docx Restricted http://publications.rwth-aachen.de/record/808579/files/808579_source.odt Restricted http://publications.rwth-aachen.de/record/808579/files/808579.gif?subformat=icon icon OpenAccess http://publications.rwth-aachen.de/record/808579/files/808579.jpg?subformat=icon-180 icon-180 OpenAccess http://publications.rwth-aachen.de/record/808579/files/808579.jpg?subformat=icon-700 icon-700 OpenAccess oai:publications.rwth-aachen.de:808579 dnbdelivery driver VDB open_access openaire I:(DE-588b)36225-6 P:(DE-82)IDM02447 RWTH Aachen 0 RWTH I:(DE-588b)36225-6 P:(DE-82)IDM00232 RWTH Aachen 1 RWTH I:(DE-588b)36225-6 P:(DE-82)IDM02400 RWTH Aachen 2 RWTH I:(DE-588b)36225-6 P:(DE-82)IDM03454 RWTH Aachen 3 RWTH 2020 StatID:(DE-HGF)0510 StatID OpenAccess I:(DE-82)421510_20170406 421510 Lehrstuhl für Digitale Additive Produktion 0 I:(DE-82)522110_20180901 522110 Lehrstuhl für Werkstofftechnik der Metalle und Institut für Eisenhüttenkunde 1 I:(DE-82)520000_20140620 520000 Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 2 FullTexts I:(DE-82)421510_20170406 I:(DE-82)520000_20140620 I:(DE-82)522110_20180901 UNRESTRICTED VDB phd