Laserbasiertes Pulverbettschmelzen von WC-Ni für die additive Fertigung verschleißfester Werkzeugkomponenten

Das laserbasierte Pulverbettschmelzen (PBF-LB/M) bietet Potenzial für die Herstellung komplexer Geometrien in Wolframkarbid-Kobalt-Verbundwerkstoffen (WC-Co), die aufgrund ihrer Härte und thermischen Belastbarkeit in Schneidwerkzeugen geschätzt werden. Die traditionelle WC-Co-Herstellung mittels Flüssigphasensintern bietet hohe Dichte und Festigkeit, schränkt aber die Designflexibilität ein. Im Gegensatz dazu ermöglicht PBF-LB/M komplexe Designs wie optimierte Kühlkanäle. Herausforderungen ergeben sich jedoch durch lokalisierte, hochenergetische Lasereinstrahlung. Dies birgt das Risiko der Bindemittelverdampfung und der Bildung unerwünschter Phasen, die Versprödung und WC-Kornwachstum verursachen. Diese Studie untersucht WC-Ni 83/17 als alternatives Bindemittel zur Verbesserung der PBF-LB/M-Ergebnisse. Die Proben wurden sowohl mit einem einstufigen PBF-LB/M-Prozess als auch mit einem zweistufigen Verfahren hergestellt und bewertet: Niederenergie-PBF-LB/M, das eine weniger beschädigte, aber poröse Mikrostruktur erzeugt, gefolgt von einer Nachbearbeitung durch heißisostatisches Pressen (HIP). Dieses Verfahren erzeugte dichte WC-Ni-Proben mit einer um 30 % höheren durchschnittlichen Biegebruchfestigkeit von bis zu 2300 N/mm², was auf ihre feinere Kornstruktur im Vergleich zu WC-Co 83/17 zurückzuführen ist, das mit PBF-LB/M verarbeitet wurde. Das anschließende Sinter-HIP verursachte aufgrund der PBF-LB/M-Aufbaurichtung eine anisotrope, aber reproduzierbare Schrumpfung. Durch die Bestimmung der x-, y- und z-Schrumpfung konnten Werkzeugdemonstratoren erfolgreich hinsichtlich der Schrumpfung kompensiert, mit dem beschriebenen zweistufigen Verfahren hergestellt und in Zerspanungsanwendungen getestet werden. Mit PBF-LB/M hergestellte Klauen aus Wolframkarbid zeigten nach 4500 Schneidvorgängen deutlich weniger Verschleiß als Klauen aus PBF-LB/M-Werkzeugstahl. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass WC-Ni mit kontrollierter PBF-LB/M- und Sinter-HIP-Verarbeitung eine vielversprechende Alternative zu hochfesten und hochharten Stählen für abriebbeanspruchte Komponenten und Teile darstellt, da es Härte und Zähigkeit mit Designflexibilität kombiniert.

Vortragssprache: EN