Zur Übersicht

Vortrag

WEB Untersuchung der Verdampfung von flüchtigen Legierungselementen in der laserbasierten Materialbearbeitung von Al-Mg Legierungen

Mittwoch (13.05.2020)
11:30 - 11:45 Uhr Raum 2
Bestandteil von:


Die Werkstoffeigenschaften von Al-Legierungen werden durch die Legierungskonzentration von Magnesium, Zink, Mangan, Kupfer oder Silizium verändert. Ein Teil dieser Elemente, wie beispielsweise Zink, Mangan oder Magnesium, weist eine geringere Verdampfungstemperatur als Aluminium auf. Daher gelten diese als flüchtige Legierungselemente in Aluminium und können auf Grund des hohen Laserenergieeintrags in der Lasermaterialbearbeitung verdampfen. Von welchen Einflussfaktoren die Verdampfung abhängig ist und wie groß diese ist, ist für die Entwicklung von neuen Pulverlegierungen im pulverbettbasierten selektiven Laserstrahlschmelzen (SLM) von Bedeutung. Dieser Beitrag ist zweigeteilt und betrachtet die Verdampfung im Laserstrahlschweißen (1. Teil) und im SLM-Verfahren (2. Teil).

Der erste Teil des Beitrags umfasst ein theoretisches Modell der Verdampfungsrate auf Basis einer idealisierten, zylindrischen Dampfkapillare. Dieses wurde beim Laserstrahlschweißen im Tiefschweißmodus experimentell mit unterschiedlichen Prozessparametern untersucht (Fokusdurchmesser df = 280 - 560 µm; Laserleistung P = 1,5 -‍ 3 kW; Vorschub v = 1 - 6 m/min). Dabei wurde die Verdampfungsrate aus dem Konzentrationsverlust und der Nahtquerschnittsfläche berechnet. Der Mg-‍Konzentrationsverlust (0,1 - 0,7 Gew%) wurde experimentell anhand der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDS) approximativ bestimmt. Die Ergebnisse aus dem Laserstrahlschweißen weisen auf folgende Einflussfaktoren der Verdampfung hin: Verdampfungsrate J ist proportional zum gewählten Fokusdurchmesser (J ∼ df1.5), zur Magnesiumkonzentration (J ∼ cMg) und zur Nahtquerschnittsfläche, die wiederum vom Prozesswirkungsgrad abhängig ist.

Der zweite Teil bezieht sich auf das SLM-Verfahren und beschreibt phänomenologisch den Konzentrationsverlust durch Verdampfung bei Proben aus Scalmalloy® (AlMgSc). Die Scalmalloy®-Proben (Flächenenergie zwischen 2 -‍ 7 J/mm2) weisen einen Mg-Konzentrationsverlust von 0,1 - 0,7 Gew% auf. Die Ergebnisse aus dem SLM-Verfahren deuten darauf hin, dass der Konzentrationsverlust durch die Verdampfung mit passenden Prozessparametern kontrollierbar ist und somit die Entwicklung und Anwendung von neuen Al-Pulverlegierungen für das SLM-Verfahren auf Basis von flüchtigen Legierungselementen, wie Zink, Mangan oder Magnesium, möglich ist. Abschließend wird berichtet, welche Schritte ausgehend von den Untersuchungen im Laserstrahlschweißen notwendig sind, um die Verdampfung im SLM-Verfahren modellieren zu können.

Sprecher/Referent:
Constantin Böhm
Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart
Weitere Autoren/Referenten:
  • Magnus Reimann
    Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart
  • Jens Musekamp
    Materialprüfungsanstalt Darmstadt
  • Prof. Dr. Stefan Weihe
    Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart

Dateien

Kategorie Datei-Kurzbezeichnung Datei-Beschreibung Dateigröße
Präsentation 1 MB Download