Gefügeausbildung der additiven Fertigung von Titanlegierungen und Einfluss auf die Zerspanbarkeit

Titanlegierungen sind heute für viele Hochleistungsanwendungen unabdingbar. Eine aktuelle Entwicklung ist die additive Fertigung von Titanbauteilen mittels Laser Powder Bed Fusion-Verfahren (LPBF). Aufgrund der Anforderungen an die Oberflächengüte und die Formtoleranz müssen diese Bauteile in der Regel spanend nachbearbeitet werden. Durch die Prozesscharakteristik des LPBF-Verfahrens entstehen Gefüge- und Materialeigenschaften, die sich signifikant von denen konventionell urgeformter Titanhalbzeuge unterscheiden. Die Gefüge von Titanlegierungen haben einen erheblichen Einfluss auf die Zerspanbarkeit des Werkstoffs. Eine gezielte Prozesssteuerung würde es ermöglichen, Gefügeeigenschaften maßgeschneidert einzustellen und so beispielsweise die Zerspanbarkeit in nachzubearbeitenden Bereichen gezielt zu verbessern. Jedoch ist der Einfluss der Gefügemodifikationen auf die Zerspanbarkeit heute noch weitgehend unbekannt. Insbesondere der auftretende Werkzeugverschleiß wird durch Unterschiede in der Spanbildung deutlich beeinflusst. Dieses Forschungsvorhaben hat es zum Ziel, die Gefügeausbildung beim selektiven Laserstrahlschmelzen von Titan zu analysieren, die Einflüsse auf die Zerspanbarkeit zu identifizieren und die Wechselwirkung mit der Oberflächenintegrität herauszuarbeiten. Damit liegt die Originalität des Vorhabens in der Herleitung von Wissen zur Wechselwirkung zwischen LPBF-Prozess und Zerspanbarkeit von additiv hergestellten Titanhalbzeugen.

In diesem Projekt wird der Einfluss der LPBF-Verfahrensparameter auf die Gefügeausbildung der Titanlegierung Ti5553 und damit einhergehend auf die Zerspanbarkeit dieser Legierung untersucht. Darüber hinaus wird der Einfluss unterschiedlicher Wärmebehandlungen auf die Gefügestruktur und die makro- und mikroskopischen Werkstoffeigenschaften untersucht. Diese Erkenntnisse sollten auf die Herstellung gradierter Titanbauteile mit lokal angepassten Werkstoffeigenschaften übertragen werden. Die Bearbeitung dieses Projekts erfolgt gemeinsam mit dem Leibniz Institut für Festkörper und Werkstoffforschung (IFW) Dresden.