Einstellung der Mikrostruktur und Degradationsverhalten oxidpartikelmodifizierter Fe-Legierungen durch selektives Elektronenstrahlschmelzen

F?rderperiode eins betrachtete die Prozessierbarkeit von reinem sowie mittels CeO2 und Fe2O3 modifiziertem Eisen über das Pulverbett-Elektronenstrahlschmelzen (engl.: Electron Beam Powder Bed Fusion, E-PBF, auch PBF-EB/M). ?ber minimale Anteile der Oxidpartikel sollten die Mikrostruktur und die mechanischen und korrosiven Eigenschaften beeinflusst werden. Quasistatische und zyklische mechanische Untersuchungen zeigten, dass dies weitreichend m?glich ist und durch eine unerwartet hohe Schadenstoleranz Ermüdungsfestigkeiten erreicht werden k?nnen, die denen von warmgewalzten Eisen deutlich überlegen sind. Diese Effekte waren insbesondere bei den CeO2-Modifikationen zu beobachten, trotz dass in diesen Zust?nden prozessbedingt eine hohe Defektdichte vorlag. Daher wird eine effektive Festigkeitssteigerung in Folge dieser Oxide vermutet. Erg?nzende Untersuchungen zeigten auch, dass ein lokal saures Milieu in Poren eine Deckschichtbildung vermeiden und das Material somit h?here Korrosionsraten erreichen kann. Da trotz der hohen Defektdichte positive Effekte in Folge der CeO2-Partikel festgestellt werden konnten und das Material ferner eine hohe Schadenstoleranz gegenüber diesen Defekten bietet, k?nnen somit gezielt eingebrachte Poren als weitere Stellgr??e zur Einstellung der Korrosionsrate genutzt werden. Folglich müssen in F?rderperiode zwei E-PBF-Prozessrouten gefunden werden, über die Eisenpulver mit noch h?heren CeO2-Anteilen verarbeitet werden k?nnen. Um eine Prozessstabilit?t schnell zu erreichen, soll die elektrische Leitf?higkeit des Pulvers berücksichtigt werden. Nachdem dichtes Material reproduzierbar verarbeitet werden kann, soll Probenmaterial mit hinsichtlich Gr??e, Form und Verteilung gezielt eingestellter Porosit?t gefertigt werden. Dies stellt einen weiteren Freiheitsgrad zur Einstellung der Materialeigenschaften dar, ist konstruktiv nur über additive Fertigungsverfahren und werkstoffseitig nur dank der sehr hohen Schadenstoleranz m?glich. ?ber computertomographische Untersuchungen w?hrend der Belastung k?nnen Poren, die ansonsten zu klein für eine Erfassung sind, aufgedehnt und analysiert werden. ?ber einen eigens dazu entworfenen Aufbau sollen die korrosiven Vorg?nge in den Poren untersucht werden. Erg?nzend zu hochzyklischer (HCF) mechanischer und korrosiver Belastung wird mittels niedrigzyklischen (LCF) und bruchmechanischen Untersuchungen das Risswachstum ausgehend von den eingebrachten Poren charakterisiert. Schlie?lich soll ein Lebensdauermodell aufgestellt werden, das den Rissfortschritt in Abh?ngigkeit von Materialkonstanten, der Anrissl?nge und einem Korrosionsfaktor abbildet. Das erstellte Modell soll dazu dienen, das Verhalten auch anderer Werkstoffe unter hochkomplexen Belastungsszenarien voraussagen zu k?nnen, um schlie?lich über die gezeigten Verknüpfungen additiv gefertigte, bioresorbierbare Implantate individuell auf den Einsatzort spezifizieren zu k?nnen.

Projektpartner:

Prof. Dr.-Ing. Hans-Jürgen Maier, Leibniz Universit?t Hannover

https://www.iw.uni-hannover.de/de/prof-hjmaier/

Prof. Dr.-Ing. Thomas Niendorf

https://www.uni-kassel.de/maschinenbau/institute/werkstofftechnik/fachgebiete/metallische-werkstoffe/team/niendorf