Untersuchungen der Verarbeitbarkeit des Schnellarbeitsstahls HS6-5-3-8 mittels Laser Powder Bed Fusion

Saewe, Jasmin Kathrin; Schleifenbaum, Johannes Henrich; Broeckmann, Christoph

doi:41469

Untersuchungen der Verarbeitbarkeit des Schnellarbeitsstahls HS6-5-3-8 mittels Laser Powder Bed Fusion = Investigation of the processability of high-speed steel HS6-5-3-8 by laser powder bed fusion

Saewe, Jasmin Kathrin

2022

VerantwortlichkeitsangabeJasmin Saewe

Ausgabe1. Auflage

ImpressumAachen : Apprimus Verlag 2022

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

ISBN978-3-98555-097-5

ReiheErgebnisse aus der Lasertechnik

Dissertation, RWTH Aachen University, 2022

Druckausgabe: 2022. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Schleifenbaum, Johannes Henrich (Thesis advisor)^RWTH* ; Broeckmann, Christoph (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2022-05-13

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2022-08051
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/852401/files/852401.pdf

Einrichtungen

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Das additive Fertigungsverfahren Laser Powder Bed Fusion (LPBF) hat sich in einigen Bereichen zum Serienfertigungsverfahren entwickelt, bspw. Im Turbomaschinenbau und in der Medizintechnik. Durch die Industrialisierung wird auch zunehmend Bedarf am LPBF-Verfahren für Ersatzteile und Kleinserien in der Werkzeugindustrie abgeleitet, um die Standzeiten zu steigern und Entwicklungszeiten zu verkürzen. Im Vergleich zur konventionellen Fertigung sind die Integration innenliegender Kühlkanäle oder der Einsatz von Gitterstrukturen zur Gewichtseinsparung im Zusammenhang mit einer höheren Geometriefreiheit Schlüssel zur Herstellung komplexer, individueller Sonderanfertigungen für die Werkzeugindustrie. Daher kann abgeleitet werden, dass die Werkstoffauswahl für das LPBF-Verfahren um weitere Werkzeugstähle erweitert werden muss. Für den Einsatz als Schneidwerkzeug eignen sich insbesondere hochlegierte, karbidhaltige, abrasionsbeständige Werkzeugstähle wie Schnellarbeitsstähle. Jedoch neigen hochlegierte Werkzeugstähle bei der Verarbeitung mittels LPBF aufgrund innerer Spannungen zur Rissbildung. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Verarbeitbarkeit von Schnellarbeitsstählen am Beispiel von HS6-5-3-8anhand unterschiedlicher LPBF-Prozessführungen untersucht. Ziel ist die grundlegende Untersuchung der Einfluss-Wirk-Zusammenhänge zwischen der LPBF-Prozessführung (Vorheizungstemperaturen), Systemtechnik(Schutzgasführung), Bauteilanzahl und Bauteilhöhe sowie der chemischen Zusammensetzung auf die resultierende Defektdichte, Gefüge und Bauteilhärte von HS6-5-3-8. Die entwickelte Prozessführung soll als Ausgangspunkt für die Fertigung von einem Technologiedemonstrator genutzt werden. Die verbleibenden Herausforderungen bei der Verarbeitung von Schnellarbeitsstahl HS6-5-3-8 mittels LPBF werden dabei vorgestellt. Die erfolgreiche Verarbeitbarkeit (große Bauteildichte, rissfreie Proben und homogenes Gefüge) bei Einsatz von Vorheiztemperaturen ≤ 450 °C kann demonstriert werden.

The additive manufacturing process Laser Powder Bed Fusion (LPBF) has developed into series production in some areas, e.g. in turbomachinery construction and medical technology. Due to industrialization, there is also an increasing demand for the LPBF process for spare parts and small series in the tool industry in order to increase service life or shorten development times. Compared to conventional production, the integration of internal cooling channels or the use of lattice structures for light weight in conjunction with greater geometrical freedom are keys to the manufacturing of complex individual special design tools for the tool industry. It can therefore be deduced that the material selection for the LPBF process must be extended to include other tool steels. High-alloy, carbide-containing, abrasion-resistant tool steels such as high-speed steels are particularly suitable for use as cutting tools. However, high-alloy tool steels tend to crack during processing by LPBF due to internal stresses. In this work, the processability of high-speed steels is investigated using HS6-5-3-8 as an example based on different LPBF process designs. The aim is to fundamentally investigate the influence-effect relationships between LPBF process control (preheating temperatures), system technology (preheating and inert gas control), component number and component height, and chemical composition on the resulting defect density, microstructure and component hardness of HS6-5-3-8. The developed process control is to be used as a starting point for the manufacturing of a technology demonstrator. There maining challenges in processing high-speed steel HS6-5-3-8 by LPBF will be presented. The successful processability (large component density, crack-free specimens and homogeneous microstructure) when using pre heating temperatures ≤ 450 °C can be demonstrated.

OpenAccess:
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