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Influence of microstructure on thermal conductivity and toughness of hot work steels fabricated by laser powder bed fusion = Einfluss der Mikrostruktur auf die Wärmeleitfähigkeit und Zähigkeit von Warmarbeitsstählen, hergestellt durch Laser-Pulverbettschmelzen
2024
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2024
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak04
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-04-16
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2024-06554
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/989017/files/989017.pdf
Einrichtungen
Projekte
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
LPBF (frei) ; hot work steel (frei) ; thermal conductivity (frei) ; toughness (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Laser Pulverbettschmelzen (LPBF) ist eine vielversprechende additive Fertigungstechnik zur Herstellung von Warmarbeitswerkzeugen mit komplexen Geometrien. Diese Arbeit untersucht die Beziehung zwischen Mikrostruktur und Werkstoffeigenschaften in LPBF-hergestellten Warmarbeitswerkzeugen und trägt zu einem tieferen Verständnis der Rolle von mikrostrukturellen Merkmalen bei der Bestimmung der Leistung von Warmarbeitswerkzeugen bei. Der Einfluss von Fertigungs- und Wärmebehandlungsprozessen auf Mikrostruktur und Werkstoffeigenschaften wird untersucht, um die Kombination aus Wärmeleitfähigkeit, Härte und Zähigkeit durch mikrostrukturelle Modifikation zu optimieren. Eine gründliche Analyse des LPBF-Prozesses und seiner Auswirkungen auf die Mikrostruktur von Werkzeugstählen wird durchgeführt, gefolgt von einer Untersuchung verschiedener Wärmebehandlungen zur Modifikation mikrostruktureller Merkmale. Ein systematischer Mechanismus wird entwickelt, um die Beziehung zwischen Wärmeleitfähigkeit und mikrostrukturellen Merkmalen aufzudecken, und die miteinander verbundenen Eigenschaften von Härte und Zähigkeit werden im Detail untersucht. Das Zusammenspiel dieser Eigenschaften von Werkzeugstählen wird im Zusammenhang mit dem thermischen Ermüdungsverhalten diskutiert. Darüber hinaus schlägt diese Doktorarbeit eine Wärmebehandlungsstrategie vor, um die gewünschte Mikrostruktur zu erreichen, die aus einer feinen martensitischen Matrix besteht, in der die meisten Legierungselemente als dispergierte Karbide ausgeschieden sind. Diese Strategie ermöglicht eine effiziente und wirtschaftliche thermische Nachbehandlung von Warmarbeitswerkzeugen, was zu maßgeschneiderten Mikrostrukturen führt, die eine ideale Balance aus Werkstoffeigenschaften für verschiedene Warmarbeitsanwendungen bieten.Laser Powder Bed Fusion (LPBF) is a promising additive manufacturing (AM) technique for producing hot work tools with complex geometries. This work investigates the relationship between microstructure and material properties in LPBF-produced hot work tools, contributing to a deeper understanding of the role of microstructural characteristics in determining hot work tool performance. The influence of manufacturing and heat treatment processes on microstructure and material properties is examined, aiming to optimize the combination of thermal conductivity, hardness, and toughness through the microstructural modification. A comprehensive analysis of the LPBF process and its effects on the microstructure of tool steels is conducted, followed by an exploration of various heat treatments to modify microstructural characteristics. A systematic mechanism is established to reveal the relationship between thermal conductivity and microstructural characteristics, and the interrelated properties of hardness and toughness are investigated in detail. The interplay between these properties of tool steels is discussed in the context of thermal fatigue behavior. Furthermore, the study proposes a heat treatment strategy to achieve the desired microstructure, which consists of a fine martensitic matrix with most alloy elements precipitated as dispersed carbides. This strategy enables the efficient and economical thermal post treatment for hot work tools, resulting in tailored microstructures that provide an ideal balance of material properties for various hot work applications.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT030796543
Interne Identnummern
RWTH-2024-06554
Datensatz-ID: 989017
Beteiligte Länder
Germany
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