Die Werkstoffcharakterisierung ist ein zentraler Baustein für die qualitätsgesicherte Additive Fertigung anspruchsvoller Metallbauteile. Am Bayerischen Laserzentrum verfügen wir über eine umfassende Infrastruktur zur Materialanalyse, Werkstoffprüfung und Gefügeauswertung – von der metallographischen Präparation über licht- und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen bis hin zur hochauflösenden Elektronenrückstreubeugung (EBSD).
Gerade bei komplexen Werkstoffen wie Duplex-Edelstahl ist dieses Know-how entscheidend. Das Material wird aufgrund seiner hohen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit insbesondere in der Schifffahrt und Petrochemie eingesetzt. Seine Leistungsfähigkeit basiert auf einer zweiphasigen Mikrostruktur aus Ferrit und Austenit mit einem idealen Verhältnis von etwa 50/50.
Prozessbedingte Gefügeänderungen im LPBF-Verfahren
Bei der Fertigung mittels Laser Powder Bed Fusion (LPBF) entstehen Bauteile schichtweise unter extrem hohen Aufheiz- und Abkühlraten. Diese thermischen Bedingungen beeinflussen die Gefügeausbildung maßgeblich.
In der Praxis führt der Prozess häufig zu einer überwiegend ferritischen Mikrostruktur. Der Austenitanteil bleibt zunächst deutlich unter dem angestrebten Gleichgewicht, wodurch sich auch die mechanischen und korrosiven Eigenschaften verändern.
Um die optimalen Werkstoffeigenschaften einzustellen, ist eine gezielte Wärmebehandlung nach dem additiven Aufbau erforderlich. Die Grundlage für deren präzise Auslegung bildet eine fundierte Materialcharakterisierung, die Phasenverhältnisse, Korngrößen und Orientierungen systematisch erfasst.
EBSD-gestützte Materialanalyse als Grundlage für Prozessoptimierung
Für die detaillierte Untersuchung setzen wir auf EBSD im Rasterelektronenmikroskop (REM) – ein leistungsfähiges Verfahren der modernen Werkstoffprüfung.
Mit dieser Methode lassen sich
- Ferrit- und Austenitanteile exakt quantifizieren,
- Kornstrukturen und Korngrenzen analysieren,
- kristallographische Orientierungen und Texturen bewerten.
Durch den Vergleich der Gefügedaten vor und nach der Wärmebehandlung gewinnen wir belastbare Erkenntnisse zur Gefügeentwicklung. Diese Ergebnisse fließen direkt in die Optimierung der Wärmebehandlungsstrategie ein. So kann das gewünschte 50/50-Phasenverhältnis gezielt eingestellt und die Performance additiv gefertigter Bauteile nachhaltig verbessert werden.
Neben den Untersuchungen zur Wärmebehandlung und ihren Auswirkungen auf die Bauteile, gilt unser Forschungsinteresse auch der PBF-Prozessführung selbst. Durch die Variation von Prozessparametern wie Laserleistung, Scangeschwindigkeit oder Energiedichte analysieren wir deren Einfluss auf die Mikrostruktur, insbesondere auf das Austenit-/Ferrit-Verhältnis. Ziel unserer Arbeiten ist es, bereits im Aufbauprozess die Gefügeausbildung aktiv zu steuern und so den nachgelagerten Wärmebehandlungsaufwand zu minimieren.
Fazit
Die Kombination aus LPBF-Prozesskompetenz, spezifischer Wärmebehandlung und hochauflösender Werkstoffcharakterisierung ermöglicht eine reproduzierbare Qualität und maximale Leistungsfähigkeit von Duplex-Edelstahlkomponenten.
Wer mehr über Gefügeanalytik oder die additive Verarbeitung anspruchsvoller Werkstoffe erfahren möchte bzw. konkrete Fragen zur EBSD und anderen Verfahren zur Charakterisierung von Werkstoffen und Materialien hat, darf sich jederzeit an uns wenden. Wir helfen gerne weiter unterstützen bei der gezielten Optimierung von Fertigungsprozessen.
Bildbeschreibung
Bild 1 (Titelbild): Band Contrast (BC) zur Visualisierung von Mikrostrukturmerkmalen und Korngrenzen.
Bild 2: Inverse Polfiguren (IPF) zur Analyse von Texturen und kristallographischen Orientierungen.
Bild 3: Phasen-Analyse zur farblichen Unterscheidung von Ferrit und Austenit anhand ihrer Kristallstruktur. Das Phasenverhältnis dient als zentrale Kenngröße für die spätere Bauteilperformance.
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