HM-Stähle, basierend auf dem Fe-Ti-B Legierungssystem, bieten neue Eigenschaftskombinationen für strukturellen Leichtbau. Sie zeigen eine erhöhte Steifigkeit bei geringerer Dichte durch das Ausscheiden von TiB2 Partikeln aus der Schmelze. Ein Anteil von ca. 20 vol.% führt zu einer Steigerung des Steifigkeits/Dichte-Verhältnisses um 25 %, was eine Gewichtsreduktion von 10–20 % ermöglicht. Allerdings führen diese Partikel zu einer starken Versprödung bei herkömmlichen Gießverfahren aufgrund ihrer Größe und scharfen Kanten. Additive Fertigungsverfahren bieten hier aufgrund ihrer hohen Abkühlraten und der resultierenden feineren Mikrostruktur erhebliche Vorteile.

Im Projekt „Modulus“ wurde die Möglichkeit der additiven Fertigung des Systems Fe-TiB2 für TiB2-Anteile von 12, 15 und 20 Massen-% entlang der gesamten Prozesskette erfolgreich nachgewiesen. Die vom MPIE erzeugten Legierungen dieser spezifischen Zusammensetzungen wurden zu Pulvern zerstäubt und am IWT für die additive Fertigung vorpressiert. Hierbei konnten für alle drei Werkstoffe sowie einem Triplex-Stahl als Vergleichsreferenz ähnliche Partikelgrößenverteilungen eingestellt werden. Die Experimente der additiven Fertigung zeigten, dass eine Kontrolle der thermischen Historie bei diesen Materialien von besonderer Bedeutung ist, um einen defektarmen Zustand einzustellen. Hierbei konnte ein Prozessfenster mit Substratvorheizung aufgezeigt werden.

Die ermittelten mechanischen Kennwerte zeigten, dass mittels Variation des TiB2 Partikelgehaltes die Dichte reduziert werden konnte, jedoch ebenso die Kennwerte, wie Härte, Zugfestigkeit und Bruchdehnung. Zudem konnte aufgezeigt werden, dass die Aufbaurichtung einen entscheidenden Einfluss auf die späteren mechanischen Kennwerte besitzt. Mit diesen Erkenntnissen sind die Möglichkeiten eines Transfers in die Industrie gegeben.

Der Schlussbericht des Vorhabens kann über die Arbeitsgemeinschaft Wärmebehandlung und Werkstofftechnik e.V. – AWT bezogen werden. (Postanschrift: Paul-Feller-Straße 1 28199).

Bearbeitung:
Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien - IWT, Bremen
Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH, Düsseldorf

Laufzeit: 01.05.2020 – 31.12.2023

Förderung: BMWi-AiF

Das IGF-Vorhaben 21227 N der Forschungsvereinigung Arbeitsgemeinschaft Wärmebehandlung und Werkstofftechnik e.V. – AWT, Paul-Feller-Straße 1, 28199 Bremen, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Kontakt:

Dr.-Ing. Nils Ellendt
Tel.: +49 421 218 64519
E-Mail: ellendt(at)iwt.uni-bremen.de 

Partikelverstärkte Legierungen mit komplexer Zusammensetzung (p-CCA) zeigen hervorragende mechanische Eigenschaften im Nieder- und Hochtemperaturbereich. Die Dispersion von stabilen Zweitphasen-Partikeln in der Matrix verstärkt die Verfestigungsmechanismen der Legierung. Dennoch ist weitgehend unbekannt, wie plastische Verformungsträger, z. B. Versetzungen, mit den eingebrachten partikulären Einschlüssen interagieren. Das wesentliche Ziel dieser Untersuchungen ist es, einen bei niedrigen Temperaturen festen, bruchzähen, ermüdungsresistenten und wasserstofftoleranten Werkstoff zu erzeugen. Zudem wird der Einfluss von Wasserstoff und tiefen Temperaturen auf die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur untersucht. CrFeCoNi- und AlCrMnFeCoNi-Legierungen wurden für die additive Fertigung (LPBF) mit Zusätzen von TiN- und TiO2-Nanopartikeln in unterschiedlichen Größen und Konzentrationen ausgewählt. Verschiedene externe Einflüsse wie die Wasserstoffumgebung oder niedrige Temperaturen werden untersucht, denn beide haben Einflüsse auf die Träger der plastischen Verformung. Die Ergebnisse sollen die Grundlagen für die Nutzung von partikelverstärkten CCA in der Wasserstoffwirtschaft legen.

Kooperation: Universität der Bundeswehr München, Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) 

Förderung: DFG 388738622

Die potenziell engere Partikelgrößenverteilung der mittels DGA hergestellten Pulvers steigert die Materialeffizienz und könnte somit sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile gegenüber der konventionellen Technologie schaffen. Um diese Effekte zu bewerten sollen die hergestellten Aluminiumlegierungen hinsichtlich ihrer Eignung für die Additive Fertigung untersucht werden. Der Fokus liegt hierbei vor allem auf der Charakterisierung und Verarbeitung von temperaturempfindlichen Pulverlegierungen.

Bearbeitung: IWT-VT / WT

Förderung: BMWI-AiF/ZIM

Kontakt:
M.Sc. Marcel Hesselmann
Tel.: 0421 218-64549
E-Mail: hesselmann@iwt-bremen.de

Die größte Herausforderung besteht darin, die Kristallisation entlang der gesamten Prozesskette von der Pulverherstellung bis zum Einsatz im LPBF zu vermeiden, um die überlegenen Eigenschaften der BMGs zu erhalten. Dadurch können die engen Prozessfenster für eine fehlerfreie Verarbeitung im LPBF-Prozess und die Adaption der Technologie auf neue Produktgeometrien erweitert werden. Das Projekt ist eine Kooperation mit der Universität des Saarlandes und der Universität Duisburg-Essen.

Bearbeitung IWT-VT

Förderung IGF Nr.: 21227 N

Kontakt:
M.Sc. Erika Soares Barreto
Tel.: +49421 218 64514
E-Mail: sbarreto@iwt.uni-bremen.de

Das Ziel des Vorhabens besteht darin, Hochofenschlacken, die bei der Herstellung von Zement in Form von Hüttensanden eingesetzt werden, noch effektiver zu nutzen. Dazu sollen die Hochofenschlacken noch im schmelzflüssigen Zustand mit einer innovativen Sprühtechnik besonders fein versprüht werden, um den aufwendigen Mahlprozess zu meiden und um die Vorteile der sich konzeptbedingt einstellenden ideal runden Kornform der Hüttensandkugeln in modernen und umweltfreundlichen Betonen zu nutzen.

Die hohe Viskosität der Hochofenschlacken führt bei der Zerstäubung zu unerwünschten Fasern. Dem soll u. a. durch die Erhöhung der Zerstäubergastemperatur entgegengewirkt werden, um die Ausbeute an gewünschten runden Partikeln zu steigern.

Einerseits entfällt dadurch das Granulieren, Trocknen und sehr energieintensive Mahlen der Hochofenschlacken zur Erzeugung von Hüttensanden. Andererseits lässt die erwartete ideal runde Partikelform der versprühten Hochofenschlacken Betone mit geringerem Zementbedarf als bei der Verwendung klassischer hüttensandhaltiger Zemente erwarten. Beide Einsparpotenziale lassen eine beachtliche Reduktion bisher anfallender CO₂-Emissionen in der gesamten Produktionskette des Konstruktionsbetons erwarten.

Bearbeitung: IWT-WT-MPA-Bauwesen / IWT-VT

Förderung: AUF-Programm zur Förderung der angewandten Umweltforschung aus Mitteln des EFRE und des Landes Bremen, Förderkennzeichen: AUF0014B

Dieses Vorhaben wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

Kooperationspartner: HS Bremen, Institut für Baustofftechnologie

Kontakt:
Prof. Dr.-Ing. Udo Fritsching
Telefon: +49 (0)421 218-51230
Email: ufri@iwt.uni-bremen.de

M.Sc. Maike Peters
Telefon: +49421 53708 71
E-Mail:peters@mpa-bremen.de