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Title:
POWDER MADE OF AN ALLOY CONTAINING MOLYBDENUM, SILICON AND BORON, USE OF SAID POWDER AND ADDITIVE PRODUCTION METHOD FOR A WORKPIECE MADE OF SAID POWDER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/063498
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a powder which consists of an alloy containing molybdenum, silicon and boron. According to the invention, it is provided that at least one further alloy element of the alloy consists of titanium having an alloy content of at least 1 at.% and at most 30 at.% and/or of hafnium having an alloy content of at least 1 at.% and at most 10 at.% and/or of niobium having an alloy content of at least 15 at.% and at most 25 at.%. The invention also relates to a use of such a powder for a powder bed-based additive manufacturing method and to a suitable additive manufacturing method. It is advantageously possible to positively influence the mechanical properties of the additively produced component by means of the additional alloy elements, wherein, according to the invention, a preheating of the powder bed is selected, which is at least 50 °C above a brittle-to-ductile transition temperature (BDTT). This advantageously allows the component to be produced without the latter running the risk during the production of being mechanically weakened by crack formation.

Inventors:
HEINZE CHRISTOPH (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/075847
Publication Date:
April 04, 2019
Filing Date:
September 25, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
C22C27/04; B22F1/05; B22F3/105
Foreign References:
US20160273368A12016-09-22
US20060285990A12006-12-21
EP1664362B12012-02-01
DE102015209583A12016-12-01
Other References:
SANJIB MAJUMDAR ET AL: "A Study on Effect of Reactive and Rare Earth Element Additions on the Oxidation Behavior of Mo-Si-B System", OXIDATION OF METALS, vol. 80, no. 3-4, 8 February 2013 (2013-02-08), pages 219 - 230, XP055147462, ISSN: 0030-770X, DOI: 10.1007/s11085-013-9374-2
YU J L ET AL: "Tensile properties of multiphase MoSiB refractory alloys at elevated temperatures", MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING: A, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 532, 1 November 2011 (2011-11-01), pages 392 - 395, XP028394516, ISSN: 0921-5093, [retrieved on 20111110], DOI: 10.1016/J.MSEA.2011.11.001
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Claims:
Patentansprüche

1. Pulver, bestehend aus einer Molybdän, Silizium und Bor enthaltenden Legierung des Typs Mo(x)Si(y)B, wobei

der Legierungsanteil x von Silizium bei mindestens 8 At-% und höchstens 19 At-%, bevorzugt bei mindestens 10 At-% und höchstens 15 At-% liegt

und

der Legierungsanteil y von Bor bei mindestens 5 At-% und höchstens 13 At-%, bevorzugt bei mindestens 8 At-% und höchs¬ tens 12 At-% liegt,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass außerdem ein viertes Legierungselement,

bestehend aus Titan mit einem Legierungsanteil von mindestens 1 At-% und höchstens 30 At-%, bevorzugt von mindestens 5 At-% und höchstens 10 At-%

oder

bestehend aus Hafnium mit einem Legierungsanteil an von min¬ destens 1 At-% und höchstens 10 At-%, bevorzugt von mindes- tens 5 At-% und höchstens 8 At-%

oder

bestehend aus Niob mit einem Legierungsanteil von mindestens 15 At-% und höchstens 25 At-%, bevorzugt von mindestens 17 At-% und höchstens 21 At-%

oder

bestehend aus Eisen mit einem Legierungsanteil von mindestens 1,5 At-% und höchstens 1,9 At-%

in der Legierung vorgesehen ist. 2. Pulver nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass das vierte Legierungselement

aus Hafnium mit einem Legierungsanteil von mindestens 1 At-% und höchstens 10 At-%, bevorzugt von mindestens 5 At-% und höchstens 8 At-% besteht

oder

Eisen mit einem Legierungsanteil von mindestens 1,5 At-% und höchstens 1,9 At-% besteht und

ein fünftes Legierungselement, bestehend aus Titan mit einem Legierungsanteil von mindestens 1 At-% und höchstens 30 At-%, bevorzugt von mindestens 5 At-% und höchstens 10 At-%, in der Legierung vorgesehen ist.

3. Pulver nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass das vierte Legierungselement aus Niob mit einem Legie¬ rungsanteil von mindestens 15 At-% und höchstens 25 At-%, be¬ vorzugt von mindestens 17 At-% und höchstens 21 At-% besteht und

ein fünftes Legierungselement,

bestehend aus Hafnium mit einem Legierungsanteil an von min¬ destens 1 At-% und höchstens 10 At-%, bevorzugt von mindes¬ tens 5 At-% und höchstens 8 At-%,

oder

bestehend aus Titan mit einem Legierungsanteil von mindestens 1 At-% und höchstens 30 At-%, bevorzugt von mindestens 5 At-% und höchstens 10 At-%,

in der Legierung vorgesehen ist.

4. Pulver nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass das vierte Legierungselement aus Titan mit einem Legie¬ rungsanteil von mindestens 1 At-% und höchstens 30 At-%, be¬ vorzugt von mindestens 5 At-% und höchstens 8 At-% besteht und

ein fünftes Legierungselement,

bestehend aus Hafnium mit einem Legierungsanteil von mindes¬ tens 1 At-% und höchstens 10 At-%, bevorzugt von mindestens 5 At-% und höchstens 8 At-%,

und

ein sechstes Legierungselement,

bestehend aus Niob mit einem Legierungsanteil von mindestens 15 At-% und höchstens 25 At-%, bevorzugt von mindestens 17 At-% und höchstens 21 At-%, in der Legierung vorgesehen ist,

wobei

bevorzugt zusätzlich ein siebentes Legierungselement, bestehend aus Eisen mit einem Legierungsanteil von mindestens 1,5 At-% und höchstens 1,9 At-%,

in der Legierung vorgesehen ist.

5. Pulver nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass die Korngröße des Pulvers von mindestens 10 ym und höchstens 45 ym liegt, bevorzugt mit einer massebezogenen Größenverteilung D50 von mindestens 17 ym und höchstens 27 ym. 6. Verwendung eines Pulvers nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem pulverbettbasierten additiven Fertigungsverfahren, bei dem das Pulver in Pulverlagen (25) eines Pulverbettes (13) zur Herstellung aufeinanderfolgender Lagen eines Werkstücks (19) durch einen Energiestrahl (17) aufgeschmolzen wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks (19) unter Verwendung eines Pulvers, bestehend aus einer Molybdän, Silizium und Bor enthaltenden Legierung des Typs Mo(x)Si(y)B, wobei der Legierungsanteil x von Silizium bei mindestens 8 At-% und höchstens 19 At-%, bevorzugt bei mindestens 10 At-% und höchstens 15 At-% liegt

und

der Legierungsanteil y von Bor bei mindestens 5 At-% und höchstens 13 At-%, bevorzugt bei mindestens 8 At-% und höchs¬ tens 12 At-% liegt,

in einem pulverbettbasierten additiven Fertigungsverfahren, bei dem das Pulver in Pulverlagen (25) eines Pulverbettes (13) zur Herstellung aufeinanderfolgender Lagen eines Werk- Stücks (19) durch einen Energiestrahl (17) verfestigt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Pulverbett (13) auf ein Temperaturniveau erwärmt wird, das mindestens 50 °C oberhalb der Spröd-Duktil- Übergangstemperatur der Legierung des Pulvers liegt. 8. Verfahren nach Anspruch 7,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass die Spröd-Duktil-Übergangstemperatur durch Prüfen einer Probe ermittelt wird, welche mit dem pulverbettbasierten ad¬ ditiven Fertigungsverfahren aus dem Pulver hergestellt wurde.

9. Verfahren nach Anspruch 8,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass als Probe eine Vierpunkt-Biegeprobe hergestellt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass das Pulverbett (13) auf ein Temperaturniveau erwärmt wird, das mindestens 700 °C insbesondere mindestens 1000 °C beträgt .

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass die Temperatur des Pulverbettes (13) in einem Tiefenbe¬ reich, der sich von einer Oberfläche des Pulverbettes (13) bis in eine Tiefe des Pulverbettes (13) zwischen 100 ym und 500 ym erstreckt, auf dem Temperaturniveau gehalten wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass die Temperatur des Pulverbettes in einem Tiefenbereich, der sich von einer Oberfläche des Pulverbettes bis zu einer dem fünffachen bis zehnfachen der Schichtdicke der Pulverlagen (25) entsprechenden Tiefe des Pulverbettes erstreckt, auf dem Temperaturniveau gehalten wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als additiven Fertigungsverfahren ein selektives Laserschmelzen eingesetzt wird,

mit einer Scangeschwindigkeit des Energiestrahls (17) von mindestens 500 mm/s und höchstens 2000 mm/s, bevorzugt von mindestens 800 mm/s und höchstens 1200 mm/s,

mit einer Laserleistung von mindestens 125 W und höchstens 250W, bevorzugt von mindestens 150 W und höchstens 250 W, mit einem Spurabstand von mindestens 60 und höchstens 130 ym, bevorzugt von mindestens 80 und höchstens 120 ym

und mit einer Schichtdicke der Pulverlagen (25) von mindes¬ tens 20 ym und höchstens 50 ym.

Description:
Beschreibung

Pulver aus einer Molybdän, Silizium und Bor enthaltenden Legierung, Verwendung dieses Pulvers und additives Herstel- lungsverfahren für ein Werkstück aus diesem Pulver

Die Erfindung betrifft ein Pulver bestehend aus einer Molyb ¬ dän, Silizium und Bor enthaltenden Legierung des Typs

Mo(x)Si(y)B. Der Legierungsanteil x von Silizium liegt bei dieser Legierung bei mindestens 8 At-% und höchstens 19 At-%, bevorzugt bei mindestens 10 At-% und höchstens 15 At-%. Der Legierungsanteil y von Bor liegt bei mindestens 5 At-% und höchstens 13 At-%, bevorzugt bei mindestens 8 At-% und höchs ¬ tens 12 At-%. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Pulvers. Zuletzt betrifft die Erfindung ein

Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks unter Verwendung des genannten Pulvers, wobei ein pulverbettbasiertes additi ¬ ves Fertigungsverfahren zum Einsatz kommt. Bei diesem wird das Pulver in Pulverlagen eines Pulverbetts zur Herstellung der aufeinanderfolgenden Lagen des Werkstücks durch einen Energiestrahl aufgeschmolzen.

Molybdän-Silizium-Bor-Legierungen sind beispielsweise aus der EP 1 664 362 Bl bekannt. Diese Legierungen bilden ein Gefüge, bestehend aus intermetallischen Phasen wie Molybdän-Silizid und Molybdän-Bor-Silizid und Molybdän-Borid aus, wobei der Summengehalt der intermetallischen Phasen zwischen 25 und 90 Vol-% liegen kann und der Rest des Gefüges aus Molybdän oder einem Molybdän-Mischkristall besteht. Diese Legierungen kön- nen aufgrund ihrer mechanischen Festigkeitseigenschaften für Hochtemperaturanwendungen eingesetzt werden. Eine Verwendung kann beispielsweise für thermisch hochbelastete Bauteile von Gasturbinen erfolgen, wie der DE 10 2015 209 583 AI zu entnehmen ist.

Die DE 10 2015 209 583 AI beschreibt außerdem, dass die Ver ¬ arbeitung der genannten Legierungen durch pulvermetallurgische Verfahren (beispielsweise Heißpressen) oder durch Zonen- schmelzverfahren verarbeitet werden können. Um auch Bauteile mit einer komplexen Geometrie herstellen zu können, wird außerdem vorgeschlagen, dass ein Pulver aus der genannten Legierung in einem additives Herstellungsverfahren verwendet werden kann, indem das Pulver lagenweise aufgetragen und selektiv durch einen Energiestrahl verfestigt wird.

Als additive Fertigungsverfahren im Sinne dieser Anmeldung sollen Verfahren verstanden werden, bei denen das Material, aus dem ein Bauteil hergestellt werden soll, dem Bauteil wäh ¬ rend der Entstehung hinzugefügt wird. Dabei entsteht das Bau ¬ teil bereits in seiner endgültigen Gestalt oder zumindest an ¬ nähernd in dieser Gestalt.

Um das Bauteil herstellen zu können, werden das Bauteil be ¬ schreibende Daten (CAD-Modell) für das gewählte additive Fer ¬ tigungsverfahren aufbereitet. Die Daten werden zur Erstellung von Anweisungen für die Fertigungsanlage in an das Ferti ¬ gungsverfahren angepasste Daten eines herzustellenden Werkstücks umgewandelt, damit in der Fertigungsanlage die geeig ¬ neten Prozessschritte zur sukzessiven Herstellung dieses Werkstücks ablaufen können. Die Daten werden dafür so aufbereitet, dass die geometrischen Daten für die jeweils herzu ¬ stellenden Lagen (Slices) des Werkstücks zur Verfügung stehen, was auch als Slicen bezeichnet wird. Das Werkstück kann eine vom Bauteil abweichende Gestalt haben. Beispielsweise kann ein herstellungsbedingter Bauteilverzug berücksichtigt werden, der durch eine abweichende Werkstückgeometrie kompen ¬ siert wird. Auch weist das Werkstück gewöhnlich Stützstruktu ¬ ren auf, die bei einer Nachbearbeitung des Bauteils wieder entfernt werden müssen.

Als Beispiele für das additive Fertigen können das selektive Lasersintern (auch SLS für Selective Laser Sintering) , das Selektive Laserschmelzen (auch SLM für Slective Laser

Melting) und das Elektronenstrahlschmelzen (auch EBM für Electron Beam Melting) genannt werden. Diese Verfahren eignen sich insbesondere zur Verarbeitung von metallischen Werkstof- fen in Form von Pulvern, mit denen Konstruktionsbauteile hergestellt werden können.

Beim SLM, SLS und EBM werden die Bauteile lagenweise in einem Pulverbett hergestellt. Diese Verfahren werden daher auch als pulverbettbasierte additive Fertigungsverfahren bezeichnet. Es wird jeweils eine Lage des Pulvers in dem Pulverbett er ¬ zeugt, die durch die Energiequelle (Laser oder Elektronenstrahl) anschließend in denjenigen Bereichen lokal auf- geschmolzen oder gesintert wird, in denen das Bauteil entste ¬ hen soll. So wird das Bauteil sukzessive lagenweise erzeugt und kann nach Fertigstellung dem Pulverbett entnommen werden.

Bei der additiven Herstellung von Bauteilen aus Molybdän- Silizium-Bor-Legierungen treten jedoch schnell Probleme auf. Die additiv gefertigten Bauteile weisen dann Risse auf bzw. erreichen nicht die geforderten mechanischen Festigkeiten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Pulver der eingangs angegebenen Art, dessen Verwendung und ein Verfahren zum additiven Herstellen von Bauteilen aus diesem Pulver anzugeben, mit dem sich additiv Werkstücke mit einer hohen Qualität, insbesondere verbesserten mechanischen Eigenschaften, erzeugen lassen.

Die genannte Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Pulver erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein viertes Legierungs ¬ element in der Legierung vorgesehen ist. Hierbei handelt es sich entweder um Titan mit einem Legierungsanteil von mindes- tens 1 At-% und höchstens 30 At-%, bevorzugt von mindestens 5 At-% und höchstens 10 At-% oder um Hafnium mit einem Legie ¬ rungsanteil von mindestens 1 At-% und höchstens 10 At-%, be ¬ vorzugt von mindestens 5 At-% und höchstens 8 At-% oder um Niob mit einem Legierungsanteil von mindestens 15 At-% und höchstens 25 At-%, bevorzugt von mindestens 17 At-% und höchstens 21 At-% oder um Eisen mit einem Legierungsanteil von mindestens 1,5 At-% und höchstens 1,9 At-%. Mit Bezug auf die Legierungsanteile von Silizium und Bor ist der verblei- tende Legierungsanteil Molybdän, der zusammen mit eventuellen Verunreinigungen und weiteren Legierungselementen (hierzu im Folgenden noch mehr) 100 At-% der Legierung ergibt. Die Zulegierung von Titan oder Hafnium oder Niob ist mit dem Vorteil verbunden, dass aus der Legierung hergestellte Bau ¬ teile eine verbesserte Kriechbeständigkeit aufweisen. Insbe ¬ sondere kann das Pulver mittels eines pulverbettbasierten additiven Fertigungsverfahrens verarbeitet werden, wodurch die auf die Verwendung gerichtete Aufgabe erfindungsgemäß gelöst wird. Die Zulegierung von Eisen verbessert insbesondere auch die Oxidationsbeständigkeit der Legierung.

Die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem pulverbettbasierten additiven Herstellungsverfahren zur Verarbeitung das Pulverbett auf ein Temperaturniveau erwärmt wird, das mindestens 50 °C oberhalb der Spröd-Duktil-Übergangstemperatur (auch Brittle-to-Ductil Transition Temperatur, im Folgenden kurz BDTT genannt) der Legierung des Pulvers liegt. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die mechanischen Qualitätsprobleme der additiv herge ¬ stellten Bauteile, insbesondere die Neigung zur Rissbildung, verringert werden können, wenn eine Abkühlung des in Herstellung befindlichen Werkstücks auf ein Temperaturniveau unter- halb der BDTT zuverlässig verhindert wird. Das eingestellte Temperaturniveau sieht mit einem Temperaturbereich von 50 °C oberhalb der BDTT eine Pufferzone vor, um einen Übergang der duktilen Eigenschaften des Gefüges des hergestellten Werkstücks zu einem spröden Verhalten zuverlässig zu verhindern. Spannungen im Werkstück, die herstellungsbedingt aufgrund des auftretenden Temperaturgradienten im Werkstück auftreten, initiieren daher vorteilhaft keine (oder zumindest weniger) Risse im Gefüge. Nach Fertigstellung des Werkstücks kann die ¬ ses dann mit einer homogeneren Temperaturverteilung abkühlen, da ein lokaler Wärmeeintrag durch den Energiestrahl zwecks Verfestigung des Pulvers nicht mehr erforderlich ist. Andererseits hat es sich gezeigt, dass die schnelle Abkühlung des Schmelzbads während der Herstellung die Ausbildung des gewünschten Gefüges in dem Werkstück begünstigt. Es bildet sich eine Faser-Matrix-Gefügestruktur aus, die die mechani- sehen Eigenschaften des Gefüges verbessern. Die

Gefügestruktur besteht aus einzelnen Phasen einer Molybdän- Matrix Mo ss , Molybdän-Silizid Mo 3 Si, Molybdän-Bor-Silizid M0 5 S1B 2 und weiteren Siliziden (Mo,X)sSi 3 . Die Molybdän-Matrix besteht aus Molybdän oder einem Molybdän-Mischkristall. Die Silizide liegen als kristalline Ausscheidungen vorzugsweise faserförmig vor. Das Legierungselement X wird durch Titan und/oder Hafnium und/oder Niob zur Verfügung gestellt, je nach Legierungszusammensetzung (hierzu im Folgenden noch mehr) .

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das vierte Legierungselement aus Hafnium mit einem Legierungsanteil von mindestens 1 At-% und höchstens 10 At-%, bevorzugt von mindestens 5 At-% und höchstens 8 At-% besteht oder aus Eisen mit einem Legierungsanteil von mindes ¬ tens 1,5 At-% und höchstens 1,9 At-% besteht und zusätzlich ein fünftes Legierungselement vorgesehen ist. Dieses besteht aus Titan mit einem Legierungsanteil von mindestens 1 At-% und höchstens 30 At-%, bevorzugt von mindestens 5 At-% und höchstens 10 At-%. Die Legierungselemente Hafnium, und Titan verbessern vor allem neben der bereits erwähnten Kriechbeständigkeit auch die Bruchzähigkeit und die Oxidationsbestän- digkeit des Werkstücks, das Legierungselement Eisen insbeson ¬ dere die Oxidationsbeständigkeit . Diese Eigenschaften sind für einen Betrieb eines aus dem Werkstück hergestellten Bauteils bei hohen Temperaturen von vorrangiger Bedeutung. Eine hohe Bruchzähigkeit verbessert die Eigenschaften des Bau ¬ teils, mechanischen Spannungsspitzen ohne die Initiierung von Rissen zu widerstehen. Die Oxidationsbeständigkeit ist insbe- sondere für Turbinenbauteile, die heißen Gasen ausgesetzt sind, von Bedeutung. Die Kriechbeständigkeit verhindert ins ¬ besondere bei rotierenden Bauteilen eine Deformation aufgrund der auftretenden Fliehkräfte. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das vierte Legierungselement aus Niob mit einem Le ¬ gierungsanteil von mindestens 15 At-% und höchstens 25 At-%, bevorzugt von mindestens 17 At-% und höchstens 21 At-% be ¬ steht. Außerdem ist ein fünftes Legierungselement vorgesehen, welches aus Hafnium mit einem Legierungsanteil von mindestens 1 At-% und höchstens 10 At-%, bevorzugt von mindestens 5 At-% und höchstens 8 At-% oder aus Titan mit einem Legierungsan- teil von mindestens 1 At-% und höchstens 30 At-%, bevorzugt von mindestens 5 At-% und höchstens 10 At-% besteht. Niob verbessert neben der Kriechbeständigkeit des Bauteils vor ¬ teilhaft auch dessen allgemeine Festigkeit. Wird Niob daher mit einem der Legierungselemente Hafnium und Titan kombi- niert, lässt sich das Anforderungsprofil vorteilhaft hin ¬ sichtlich der Festigkeit, der Bruchzähigkeit, der Oxidations- beständigkeit und der Kriechbeständigkeit des Bauteils posi ¬ tiv beeinflussen. Ein solches Eigenschaftsprofil lässt sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch durch eine Zusammensetzung des Pulvers erreichen, bei der das vierte Legierungselement aus Titan mit einem Legierungsanteil von mindestens 1 At-% und höchstens 30 At-%, bevorzugt mindestens 5 At-% und höchstens 10 At-% besteht, und ein fünftes Legie ¬ rungselement aus Hafnium mit einem Legierungsanteil von min- destens 1 At-% und höchstens 10 At-%, bevorzugt von mindes ¬ tens 5 At-% und höchstens 8 At-% beseht und ein sechstes Le ¬ gierungselement aus Niob mit einem Legierungsanteil von min ¬ destens 15 At-% und höchstens 25 At-%, bevorzugt von mindes ¬ tens 17 At-% und höchstens 21 At-% besteht, wobei

bevorzugt zusätzlich ein siebentes Legierungselement,

bestehend aus Eisen mit einem Legierungsanteil von mindestens 1,5 At-% und höchstens 1,9 At-%, in der Legierung vorgesehen ist. Ein gleichzeitiges Zulegieren von Titan, Ti und Hafnium, Hf und Niob, Nb und optoional Eisen, Fe führt dabei zu einer vorteilhaften Erhöhung der Festigkeit (Nb) , der Bruchzähigkeit (Ti, Hf) , der Oxidationsbeständigkeit (Hf, Ti, Fe) und der Kriechbeständigkeit (Nb, Ti, Hf) der Legierung, wodurch das Anforderungsprofil an thermisch und mechanisch hochbelas ¬ tete Bauteile wie Turbinenschaufeln optimal angepasst wird.

Durch Wahl der Legierungsanteile gemäß der oben angegebenen Ausprägungen kann damit vorteilhaft das Eigenschaftsprofil der aus dem Pulver hergestellten Bauteile an die Vorgaben des jeweiligen Anwendungsfalls angepasst werden. Hierbei spielen der Einsatzzweck sowie insbesondere auch die Einsatztempera ¬ tur eine große Rolle, da die Einsatztemperatur oberhalb der BDTT liegen muss, damit das Bauteil ein duktiles Werkstoff ¬ verhalten aufweist.

Die BDTT eines Bauteils hängt nicht zuletzt auch von dem sich in dem Bauteil einstellenden Gefüge ab. Deswegen ist es nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die BDTT durch Prüfen einer Probe ermittelt wird, welche mit dem pulverbettbasierten additiven Fertigungsverfahren aus dem für das Bauteil zu verwendenden Pulver hergestellt wurde. Insbesondere kann als Probe eine Vierpunkt-Biegeprobe herge- stellt werden. Diese kann dann in einem Vierpunkt- Biegeversuch untersucht werden, um die Duktilität der Probe zu ermitteln. Die BDTT lässt sich ermitteln, indem die Proben bei unterschiedlichen Temperaturen geprüft werden, um die Temperatur zu ermitteln, bei der es zu einem Wechsel zwischen den duktilen und spröden Eigenschaften des Gefüges kommt.

Beim Vierpunkt-Biegeversuch belastet ein Prüfstempel mit zwei Druckpunkten eine Probe, die auf zwei Punkten aufgelegt wird. Dabei besteht zwischen den Auflagepunkten ein konstantes Biegemoment. Alternativ können auch andere Biegeversuche wie zum Beispiel ein Dreipunkt-Biegeversuch oder ein Zweipunkt- Biegeversuche durchgeführt werden. Die Probe bei einem Drei- Punkt-Biegeversuch wird an beiden Enden aufgelegt, während sie in der Mitte von einem Prüfstempel belastet wird. Rei- bungs- und Torsionsbelastungen der Proben müssen dabei mini- miert werden. Für den Zwei-Punkt-Biegeversuch belastet ein

Prüfstempel die freie Seite einer Probe, die einseitig einge ¬ spannt ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass das Pulverbett auf ein Temperaturniveau erwärmt wird, das mindestens 700 °C, insbesondere mindestens 1000°C beträgt. Oberhalb dieses Tem ¬ peraturniveaus ist davon auszugehen, dass es oberhalb der BDTT liegt. Ein Temperaturniveau in diesem Bereich kann bei ¬ spielsweise gewählt werden, um Proben für die Ermittlung der BDTT herzustellen. Bei späteren Anwendungen des Pulvers kann dann die ermittelte BDTT als Grundlage verwendet werden, da ¬ mit eine Erwärmung des Pulverbetts nur soweit wie notwendig erfolgt. Dies führt vorteilhaft zu einer Energieeinsparung und verkürzt die Heizzeiten, weswegen die Durchführung des Verfahrens wirtschaftlicher wird.

Außerdem kann vorteilhaft vorgesehen werden, dass die Tempe- ratur des Pulverbetts in einem von einer Oberfläche des Pul ¬ verbetts bis in eine Tiefe des Pulverbetts von 100 ym bis 500 ym sich erstreckenden Tiefenbereich auf den besagten Temperaturniveau gehalten wird. Mit anderen Worten erstreckt sich dieser Tiefenbereich von der Oberfläche zwischen 100 ym und 500 ym in die Tiefe des Pulverbettes. Es hat sich nämlich ge ¬ zeigt, dass nicht das komplette Pulverbett temperiert werden muss, um das Auftreten von spannungsbedingten Rissen während der Herstellung zu verhindern. Es genügt, den lokalen Temperaturgradienten in der oberflächennahen Region des bereits hergestellten Werkstücks abzubauen.

Der Tiefenbereich kann gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung alternativ auch mit Bezugnahme auf die Schichtdicke der Pulverlage bestimmt werden. Danach erstreckt sich der Tiefenbereich von der Oberfläche des Pulverbetts bis zu einer dem Fünffachen bis Zehnfachen der Schichtdicke der Pulverlagen entsprechenden Tiefe des Pulverbetts.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszei ¬ chen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Kom- ponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.

Die einzige Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfin- dungsgemäßen Verfahrens in einer geschnitten dargestellten Laserschmelzanlage .

In Figur 1 ist eine Anlage 11 zum Laserschmelzen schematisch darstellt. Diese weist eine Prozesskammer 12 mit einem Fens- ter 12a auf, in der ein Pulverbett 13 hergestellt werden kann. Zur Herstellung jeweils einer Lage des Pulverbettes 13 wird eine Verteilungseinrichtung in Form einer Rakel 14 über einen Pulvervorrat 15 und anschließend über das Pulverbett 13 bewegt, wodurch eine dünne Schicht an Pulver im Pulverbett 13 entsteht, die eine oberste Lage 25 des Pulverbettes bildet. Ein Laser 16 erzeugt dann einen Laserstrahl 17, der mittels einer optischen Umlenkvorrichtung mit Spiegel 18 durch das Fenster 12a in die Prozesskammer 12 gelangt und über die Oberfläche des Pulverbettes 13 bewegt wird. Dabei wird das Pulver am Auftreffpunkt des Laserstrahls 17 aufgeschmolzen, wodurch ein Werkstück 19 entsteht.

Das Pulverbett 13 entsteht auf einer Bauplattform 20, welche über einen Aktor 21 in einem topfförmigen Gehäuse 22 schritt- weise um jeweils eine Pulverlagendicke abgesenkt werden kann. In dem Gehäuse 22 sowie der Bauplattform 20 sind Heizeinrichtungen 23a in Form von elektrischen Widerstandsheizungen (alternativ sind auch Induktionsspulen möglich, nicht darge- stellt) vorgesehen, welche das in Entstehung befindliche Werkstück 19 sowie die Partikel des Pulverbettes 13 vorwärmen können. Alternativ oder zusätzlich können auch Infrarotstrahler als Heizeinrichtungen 23b in der Prozesskammer 12 ange- ordnet werden, um die Oberfläche des Pulverbetts 13 zu be ¬ strahlen und dadurch zu erwärmen. Um den Energiebedarf zur Vorwärmung zu begrenzen, befindet sich an dem Gehäuse 22 außen eine Isolation 24 mit geringer thermischer Leitfähigkeit. Die Temperatur an der Oberfläche des Pulvers 13 kann durch eine Wärmebildkamera 27 ermittelt werden, um im Bedarfsfall die Heizleistung der Heizeinrichtungen 23a, 23b anzupassen. Alternativ zu der Wärmebildkamera 27 können auch Temperatursensoren am Pulverbett verwendet werden (nicht dargestellt) . Die Anlage 11 zum Laserschmelzen wird über eine erste

Schnittstelle Sl durch eine Steuereinrichtung CRL kontrol ¬ liert, welche vorher mit geeigneten Prozessdaten versorgt werden muss. Hierzu dient ein Computerprogrammprodukt 26, welches aus mehreren Programmmodulen besteht. Zur Vorberei- tung der Herstellung des Werkstücks 19 ist es zunächst erfor ¬ derlich, in einem Konstruktionsprogrammmodul CAD die dreidi ¬ mensionalen Geometriedaten des Werkstücks zu erstellen. Der so erstellte Geometriedatensatz STL (beispielsweise ein STL- File) wird über eine zweite Schnittstelle S2 an ein System zur Fertigungsvorbereitung CAM übergeben. Auf dem System zur Fertigungsvorbereitung CAM sind ein Erstellungsprogrammmodul CON und ein Transformationsprogrammmodul SLC installiert. Das Erstellungsprogrammmodul CON und das Transformationsprogramm ¬ modul SLC kommunizieren über eine dritte Schnittstelle S3 miteinander. Im Transformationsprogrammmodul SLC wird der Konstruktionsdatensatz STL (empfangen über die zweite

Schnittstelle S2) in einen Fertigungsdatensatz CLI (beispielsweise ein CLI-File) umgewandelt, der das Werkstück 19 in den herzustellenden Lagen beschreibt. Dieser Transformati- onsprozess wird auch als Slicen bezeichnet. Außerdem werden von dem Erstellungsprogrammmodul CON Verfahrensparameter PRT festgelegt, die auch die Erstellung des Fertigungsdatensatzes CLI beeinflussen und mit diesem über eine vierte Schnittstel- le S4 an die Steuerung CRL übergegeben werden. Hierbei handelt es sich um Fertigungsparameter, die von der Steuerung CRL in Maschinenbefehle für die Anlage 11 umgesetzt werden können .

Das Erstellungsprogrammmodul CON berücksichtigt bei der Be ¬ stimmung der Verfahrensparameter PRT auch Erkenntnisse, die im Rahmen von Testverfahren TST durch die Untersuchung von vormals additiv hergestellten Proben mittels Vierpunkt- Biegeversuchen ermittelt wurden. Hierbei handelt es sich für einen bestimmten Legierungstyp beispielsweise um die BDTT, die bei bestimmten Verfahrensparametern des additiven Fertigungsverfahrens mit den hergestellten Vierpunkt-Biegeproben ermittelt wurden. Diese können dem Erstellungsprogrammodul CON über eine Schnittstelle S5 zur Verfügung gestellt werden. Gleichzeitig können diese Testergebnisse über eine Schnitt ¬ stelle S6 einer Datenbank DAT zur Verfügung gestellt werden. Die Datenbank DAT ist über eine Schnittstelle S7 ebenfalls mit dem Erstellungsprogrammodul CON verbunden, so dass auf einmal erstellte Messergebnisse und die zugehörigen Verfah ¬ rensparameter und Legierungszusammensetzungen zurückgegriffen werden kann und nicht bei jedem Bauteil erneute Untersuchungen erforderlich sind. Es kann mit einer Scangeschwindigkeit des Laserstrahls von mindestens 500 mm/s und höchstens 2000 mm/s, bevorzugt von mindestens 800 mm/s und höchstens 1200 mm/s,

mit einer Laserleistung von mindestens 125 W und höchstens 250W, bevorzugt von mindestens 150 W und höchstens 250 W, mit einem Spurabstand von mindestens 60 und höchstens 130 ym, bevorzugt von mindestens 80 und höchstens 120 ym

und mit einer Schichtdicke der Pulverlagen von mindestens 20 ym und höchstens 50 ym gearbeitet werden. Zum Laserschmelzen kann ein Pulver mit Korngrößen von mindestens 10 ym und höchstens 45 ym verwendet werden, wobei eine Größenverteilung D50 (d.h. 50 % der Partikel sind kleiner als dieser Wert) mindestens 17 ym und höchstens 27 ym beträgt. Pulver mit einer derartigen Größenverteilung lassen sich vorteilhaft gut mit pulverbettbasierten additiven Fertigungsverfahren herstellen, da diese sich zuverlässig im Pulverbett dosieren lassen.