Surface treatment of additively manufactured high-alloy austenitic steel parts with the aim of prolonging the fatigue life

Abstract

In diesem Artikel werden die vorläufigen Ergebnisse einer interdisziplinären Untersuchung an dem hochlegierten austenitischen Stahl mit mittlerem Mangangehalt X2CrMnNi16-7-4,5 vorgestellt. Die Proben wurden mit dem pulverbasierten Elektronenstrahlschmelzverfahren (PBF-EB/M) hergestellt. Das Stahlpulver für das PBF-EB/M-Verfahren wurde mit einer Vakuum-Induktionsschmelz-Gaszerstäubungsanlage (VIGA-1B) gaszerstäubt. Um die Oberflächenintegrität der hergestellten Proben zu verbessern, wurden diese Plasma elektrolytisch poliert (PeP) in Kombination mit Partikelstrahlen, einem vorgelagerten Verfahren. Es wurden für die Endbearbeitung die Verfahren Bad-PeP und Schwall-PeP realisiert.Die Prozessparameter PBF-EB/M wurden ebenfalls optimiert, um die Tiefe der Oberflächenkerben der Proben im eingebauten Zustand zu reduzieren und um Fertigungsfehler, wie z.B. fehlendes Aufschmelzen, zu minimieren.Erste Ergebnisse zeigen, dass das PBF-EB/M-Verfahren für die Bearbeitung von X2CrMnNi16-7-4,5 Stahl gut geeignet ist. Die resultierende Oberflächenqualität erfordert jedoch erhebliche Nachbehandlungsmaßnahmen zur Verbesserung der Oberflächenintegrität. Die Effizienz der angewandten Oberflächenverbesserungstechniken wird anhand der Dicke des abgetragenen Materials, δ, und der Materialabtragsrate MRR sowie durch eine qualitative Bewertung des resultierenden Oberflächenzustands bewertet. Es wird gezeigt, dass das Schwall-PeP die effektivste Oberflächenbehandlung für PBF-EB/M-Bauteile ist. Die optimierten Parameter für den Herstellungs- und Nachbehandlungsprozess werden auf die Herstellung eines Tretlagers für ein Lastenfahrrad angewendet, dessen Topologie für eine verlängerte Ermüdungslebensdauer optimiert ist.