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Vortrag

WEB Additive Fertigung mit EUROFER-Stahl für Anwendungen in der Fusionstechnologie

Mittwoch (13.05.2020)
14:20 - 14:35 Uhr Raum 2
Bestandteil von:


In der Fusionstechnologie wurden für plasmanahe Strukturbauteile, welche sowohl durch hohe Temperaturen als auch durch Neutronen starke Belastungen erfahren, in den vergangenen Jahrzehnten niedrig aktivierbare Stähle wie EUROFER entwickelt. Während sich die Stahlentwicklung bisher auf die Optimierung der chemischen Zusammensetzung, Gefügemanipulation und Verbindungstechnik fokussierte, versprechen additive Fertigungsmethoden völlig neue Möglichkeiten diese Stähle in funktionsoptimierten Designs einzusetzen. Die herausfordernden Bedingungen in Fusionsreaktoren werfen jedoch die kritische Frage auf, wie sich EUROFER Bauteile aus additiver Herstellung im Vergleich zu Standard EUROFER verhalten.

Während eine zuvor durchgeführte Machbarkeitsstudie erfolgreich zeigte, dass selektives Laserschmelzen die Herstellung von fusionsrelevanten Bauteilen mit komplexen Geometrien aus EUROFER ermöglicht, erreichten die Bauteile nur etwa 70 - 80% der mechanischen Kennwerte (Festigkeit, Duktilität, DBTT) von herkömmlich hergestelltem EUROFER. Aufbauend auf dieser Studie umfasst das aktuell laufende Projekt zur Optimierung der mechanischen Eigenschaften die Herstellung von vorlegiertem EUROFER-Pulver, die additive Herstellung von maßgeschneiderten, dünnwandigen Prüfteilen durch SLM, sowie heißisostatisches Pressen und Wärmebehandlungen, um die Porosität zu verringern und die Mikrostruktur gezielt einzustellen.

Für ein tieferes Verständnis des Einflusses von Prozessparametern auf das Material dokumentieren wir die grundlegenden Eigenschaften wie chemische Zusammensetzung, Mikrostruktur und Härte nach jedem Herstellungsschritt. Die Analyse der Testkörper umfasst Dilatometer-, Laserflash-, und Dichtemessungen, sowie Zug- und Kerbschlagbiegeversuche über einen breiten Temperaturbereich. Die Korrelation dieser Ergebnisse mit der Mikrostruktur und chemischen Zusammensetzung sollen helfen, kritische Prozessparameter zu identifizieren und zu klären, ob additiv gefertigte EUROFER-Bauteile im Bereich der Fusionstechnologie die hohen Materialanforderungen erfüllen.

Neben dem Pulverbettverfahren SLM werden am KIT auch Versuchsreihen zum Freiraumverfahren Kaltgasspritzen (MPA, Hermle AG) durchgeführt. Erste Versuchsreihen zeigen, dass basierend auf der MPA-Technologie innovative Verfahrenskombinationen mit konventionellen Prozessen (z.B. Laserstrukturieren von Kanalinnenflächen) ein hohes Potential für die Realisierung anwendungsspezifischer Aspekte für die Kernfusion besitzen.

Sprecher/Referent:
Simon Bonk
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Michael Rieth
    Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
  • Dr. Michael Dürrschnabel
    Karlsruher Institut fürTechnologie (KIT)
  • Heiko Neuberger
    Karlsruher Institut für Technologie (KIT)