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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkstoff aus einer Legierung, welcher bevorzugte mechanische Eigenschaften aufweist und dabei insbesondere durch additive Fertigung verarbeitet werden kann. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Bauteil, das aus einem derartigen Werkstoff geformt ist.
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Stand der Technik
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Legierungen für Bauteile mit guten mechanischen Eigenschaften sind weit verbreitet und oftmals erwünscht. Problematisch kann es sein, eine geeignete Legierung zu erhalten, die nicht nur die gewünschten mechanischen Eigenschaften aufweist, sondern die auch durch bevorzugte Verfahren prozessierbar ist, um so Bauteile zu erzeugen. Insbesondere kann es eine Herausforderung sein, einen Werkstoff beziehungsweise eine Legierung bereitzustellen, welche durch additive Fertigungsverfahren verarbeitet werden kann.
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EP 0 764 079 B2 , beispielsweise, betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes mittels Lasersintern. Insbesondere ist es ein Gegenstand dieses Dokuments, eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes mittels Lasersintern bereitzustellen, mit der eine verbesserte Qualität der Bauteile und eine verbesserte Prozesssicherheit insbesondere bei Verwendung einer nicht kreisförmigen Arbeitsfläche ermöglicht wird und bei der die Heizeinrichtung platzsparend ausgebildet werden kann. Bezüglich des Materials, welches zum Lasersintern verwendet wird, offenbart dieses Dokument pulverförmiges Aufbaumaterial, als welches insbesondere Metallpulver oder Keramikpulver verwendet wird. Auch kunststoffummanteltes Metall- bzw. Keramikpulver oder Formsand bestehend aus Quarzsand mit einem Überzug aus Kunstharz können gemäß dieser Druckschrift verwendet werden.
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Das Dokument
DE 10 2013 010 771 A1 , beispielsweise, beschreibt ein generatives Fertigungsverfahren. Um ein generatives Fertigungsverfahren erfolgreich im Dauerbetrieb durchführen zu können, offenbart dieses Dokument eine Schutzvorrichtung zur Verwendung in einem generativen Fertigungsverfahren. Bezüglich des zu verarbeitenden Materials offenbart dieses Dokument grundsätzlich Metallpulver oder Kunststoffpulver.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkstoff. Dieser Werkstoff ist insbesondere in einer bevorzugten Weise geeignet zum Herstellen eines Bauteils mittels additiver Fertigung. Der Werkstoff ist dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff als Ausgangssubstanz, also vor einer Verwendung für additive Fertigung, eine Legierung aufweist, beispielsweise aus der Legierung besteht, welche die folgenden Bestandteile in den folgenden Mengen umfasst:
- - Kohlenstoff in einem Bereich von größer 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,4 Gew.-%;
- - Stickstoff in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner 0,3 Gew.-%;
- - Chrom in einem Bereich von größer oder gleich 10 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20,0 Gew.-%;
- - Molybdän in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 3 Gew.-%;
- - gegebenenfalls Nickel in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 2 Gew.-%;
- - gegebenenfalls Mangan in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 2 Gew.-%; und
- - gegebenenfalls Cobalt in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 3 Gew.-%; wobei
der Rest durch Eisen und durch unvermeidliche Verunreinigungen gebildet ist.
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Insbesondere können die unvermeidlichen Verunreinigungen von der Herstellung des Stahls herrühren und/oder in einem Anteil von kleiner oder gleich 5 Gew.-%, etwa von kleiner oder gleich 2 Gew.-% vorliegen und/oder beispielsweise aus der Stahlherstellung bekannte Verunreinigungen sein, wie etwa Sauerstoff, Schwefel, Phosphor, Kupfer und/oder Silizium.
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Der Ausgangswerkstoff zur additiven Fertigung liegt bevorzugt als Pulver vor. Der Werkstoff besitzt im fertigen Bauteil eine überwiegend martensitische Struktur und liegt auch als Pulver überwiegend martensitisch vor, wobei eine Überführung in eine andere Mikrostruktur möglich ist.
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Ein vorstehend beschriebener Werkstoff erlaubt in überraschender Weise vorteilhaft die Herstellung eines Bauteils mit guten mechanischen Eigenschaften, einer hohen Korrosionsbeständigkeit und ist dabei sehr gut prozessierbar, um das Bauteil herzustellen.
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Insbesondere kann es unter Verwendung eines Werkstoffs wie vorstehend definiert ermöglicht werden, dass eine Prozessierbarkeit mittels additiver Verfahren beziehungsweise mittels additiver Fertigung erfolgt. Dabei kann es ermöglicht werden, dass eine Prozessierbarkeit mittels additiver Techniken unter moderaten Bedingungen möglich ist und bereits eine endkonturentsprechende oder endkonturnahe Bauteilfertigung möglich ist. Dadurch können auch komplexe Strukturen einfach geformt werden, so dass eine besonders breite Anwendbarkeit gegeben ist.
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Insbesondere sind die Kohlenstoff- und Stickstoffgehalte des Werkstoffs so abgestimmt, dass es bei der additiven Fertigung und bei einem eventuell durchzuführenden Schweißen weder zu Heißrissbildung noch zur zusätzlichen Porenbildung durch Stickstoffausgasung kommt oder die Gefahr hierfür zumindest deutlich reduziert wird.
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Insbesondere gegenüber Werkstoffen, die bereits bei der Herstellung, insbesondere als massiver Werkstoff und damit nicht als Pulver aufgestickt werden, kann bei der hier beschriebenen Legierung es ermöglicht werden, dass eine besonders gute Anwendbarkeit für additive Verfahren möglich ist. Denn aufgrund eines hohen Stickstoffgehalts und der damit verbundenen Porenbildung ist ein derartiger Werkstoff nicht mit generativer Fertigung weiter prozessierbar. Denn ein derartiger Werkstoff müsste zunächst mechanisch mit hohem Aufwand zu einem Pulver verarbeitet werden, bevor er mit generativer Fertigung weiter prozessiert werden kann.
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Insbesondere kann durch die vorstehend beschriebene Legierung es ermöglicht werden, dass der Werkstoff durch eine Fe-Basis Legierung, beziehungsweise durch eine Legierung mit Eisen als Basiswerkstoff, gebildet wird. Dabei wird es ferner möglich, die Legierung derart auszugestalten, dass diese im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten vergleichbaren Legierungen eine hohe Härte und eine hohe Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegen organische Verbindungen, wie etwa gegen Kraftstoffe auf Ethanolbasis, aufweist.
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Bezüglich des hier beschriebenen Werkstoffs, welcher aus der Legierung bestehen kann, so weist dieser neben der hohen Korrosionsbeständigkeit eine vergleichsweise hohe Härte auf. Diese kann etwa in einem Bereich von größer oder gleich 600 HV liegen, etwa bei 600 bis 780 HV 10, ermittelbar nach DIN EN ISO 6507-1:2005 bis -4:2005.
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Derartige mechanische Eigenschaften können beispielsweise einer hohen mechanischen Stabilität und ferner großen Verschleißbeständigkeit dienen, wodurch ein Werkstoff beziehungsweise ein hieraus gefertigtes Bauteil langzeitstabil betreibbar ist.
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Darüber hinaus kann sich der vorstehend definierte Werkstoff dadurch auszeichnen, dass er neben einer vorteilhaften Prozessierbarkeit durch additive Verfahren auch eine gute Schweißeignung ermöglicht. Dabei wird es insbesondere möglich, besonders stabile Schweißnähte zu erzeugen, wodurch auch ein geschweißtes Bauteil aufgrund einer hohen mechanischen Stabilität langzeitstabil betreibbar ist.
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Der hier definierte Werkstoff weist eine Legierung auf, die nicht rostend ist und problemlos mittels additiver Verfahren prozessierbar ist, wobei die Legierung zur Härtung vor, nachträglich oder während des Prozesses mit Stickstoff angereichert werden kann, wie dies nachstehend beschrieben ist.
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Insbesondere durch das Vorsehen der hier beschriebenen Legierungspartner in den beschriebenen Anteilen kann ein besonders effektives Zusammenwirken der Eigenschaften Korrosionsbeständigkeit, Härtbarkeit, und Schweißeignung möglich sein. Letzteres kann erreicht werden durch eine geeignete Abstimmung der Stickstoff- und Kohlenstoffgehalte, wie dies an anderer Stelle beschrieben ist.
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Die vorstehend beschriebenen Vorteile können dabei insbesondere effektiv ausgebildet sein gegenüber herkömmlichen Komponenten aus hochkohlenstoffhaltigen Legierungen, insbesondere Martensiten, wie etwa X65Cr13 oder X90CroMoV18. Derartige herkömmliche Legierungen können oftmals noch Verbesserungspotential bezüglich einer Korrosionsbeständigkeit etwa in Kraftstoffen auf Ethanolbasis, wie beispielsweise den Kraftstoffen mit der Bezeichnung E100, E60 aufweisen. Darüber hinaus können derartige herkömmliche Legierungen beziehungsweise hieraus bestehende Bauteile noch Verbesserungspotential hinsichtlich der Verarbeitbarkeit etwa hinsichtlich der Verwendung von additiven Verfahren aufweisen. Letzteres kann insbesondere durch den Kohlenstoffgehalt von > 0,4 Gew.%, der oftmals bei Stählen aus dem Stand der Technik vorliegt, bedingt sein.
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Die vorstehend beschriebenen Vorteile des beschriebenen Werkstoffs lassen sich dabei insbesondere erzielen durch die vorstehend definierten Legierungsbestandteile in den vorbezeichneten Mengen.
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Bezüglich des Stickstoffs als Legierungspartner kann dieser in einem Anteil von bis kleiner als 0,3 Gew.-% vorliegen, wobei das Vorliegen etwa auf der Herstellung der Legierung basieren kann. Ein derartiger Bereich von bis zu kleiner als 0,3 Gew.-% kann insbesondere vorgesehen sein, wenn der Werkstoff beziehungsweise die Legierung nicht durch zusätzliche Aufstickung gehärtet wurde. Durch ein Aufsticken, wie dies nachstehend beschrieben ist, kann der Stickstoffgehalt der Legierung ansteigen. In diesem Fall kann der Stickstoffgehalt in einem Bereich von größer oder gleich 0,1 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,6 Gew.-% liegen, wobei diese Grenzen die in den hier beschriebenen Beispielen der Legierung die entsprechenden Anteilsgrenzen für Stickstoff ersetzen können für die Legierung nach dem Aufsticken, also insbesondere in einem fertigen Bauteil.
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Ferner ist es vorteilhaft, dass die Legierung einen vergleichsweise geringen Kohlenstoffgehalt aufweist. Dieser liegt in einem Bereich von kleiner oder gleich 0,4 Gew.-%. Demgegenüber sind herkömmliche Stähle mit einem hohen Kohlenstoffgehalt, wie etwa von >0,4 Gew% aufgrund von Heißrissbildung nur schwierig mittels additiven Verfahren, wie etwa SLM (selektivem Laserschmelzen) verarbeitbar. Diese Nachteile aus dem Stand der Technik können durch den Kohlenstoffgehalt der Legierung des hier beschriebenen Werkstoffs gerade verhindert werden.
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Bezüglich einer Härtung kann es von Vorteil sein, dass der beschriebene Werkstoff eine höhere Stickstofflöslichkeit im Vergleich zu niedrigeren Cr und Mo legierten Stählen wie etwa X20Cr13 aufweist, was das Härten vereinfachen kann.
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Ein weiterer Vorteil kann darin gesehen werden, dass eine beschriebene Legierung frei ist von Karbiden und/oder Nitriden und/oder Karbonitriden.
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Besonders bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass der Werkstoff eine Legierung aufweist, welche die folgenden Bestandteile in den folgenden Mengen umfasst:
- - Kohlenstoff in einem Bereich von größer oder gleich 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,3 Gew.-%;
- - Stickstoff in einem Bereich von größer oder gleich 0,1 Gew.-% bis kleiner als 0,3 Gew.-%;
- - Chrom in einem Bereich von größer oder gleich 13 Gew.-% bis kleiner oder gleich 17 Gew.-%;
- - Molybdän in einem Bereich von größer oder gleich 0,1 Gew.-% bis kleiner oder gleich 3 Gew.-%;
- - gegebenenfalls Nickel in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 2 Gew.-%;
- - gegebenenfalls Mangan in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 2 Gew.-%; und
- - gegebenenfalls Cobalt in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 3 Gew.-%; wobei
der Rest durch Eisen und durch unvermeidliche Verunreinigungen gebildet ist.
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Insbesondere können die unvermeidlichen Verunreinigungen wiederum von der Herstellung des Stahls herrühren und/oder in einem Anteil von kleiner oder gleich 5 Gew.-%, etwa von kleiner oder gleich 2 Gew.-% vorliegen und/oder beispielsweise aus der Stahlherstellung bekannte Verunreinigungen sein, wie etwa Sauerstoff, Schwefel, Phosphor, Kupfer und/oder Silizium.
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Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass der Werkstoff eine Legierung aufweist, welche die folgenden Bestandteile in den folgenden Mengen umfasst:
- - Kohlenstoff in einem Bereich von größer oder gleich 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,3 Gew.-%;
- - Stickstoff in einem Bereich von größer oder gleich 0,1 Gew.-% bis kleiner als 0,3 Gew.-%;
- - Chrom in einem Bereich von größer oder gleich 13 Gew.-% bis kleiner oder gleich 17 Gew.-%; und
- - Molybdän in einem Bereich von größer oder gleich 0,1 Gew.-% bis kleiner oder gleich 3 Gew.-%, wobei
der Rest durch Eisen und durch unvermeidliche Verunreinigungen gebildet ist.
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Insbesondere können die unvermeidlichen Verunreinigungen wiederum von der Herstellung des Stahls herrühren und/oder in einem Anteil von kleiner oder gleich 5 Gew.-%, etwa von kleiner oder gleich 2 Gew.-% vorliegen und/oder beispielsweise aus der Stahlherstellung bekannte Verunreinigungen sein, wie etwa Sauerstoff, Schwefel, Phosphor, Kupfer und/oder Silizium und/oder auch Nickel, Mangan und/oder Cobalt.
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In diesen Ausgestaltungen können die vorstehend beschriebenen Vorteile besonders effektiv ermöglicht werden.
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Bezüglich der vorgenannten Legierungszusammensetzungen kann es wie vorstehend angedeutet in jeder der genannten Zusammensetzung möglich sein, dass die Legierung in einem fertigen Werkstoff, bei dessen Herstellung etwa eine Aufstickung durchgeführt wurde, die Obergrenze des Stickstoffanteils ersetzt wird durch bis zu 0,6 Gew.-%.
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Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass der Werkstoff als Pulver vorliegt. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann der Werkstoff beziehungsweise die Legierung besonders bevorzugt für ein additives Verfahren geeignet sein und ferner hierfür unmittelbar verwendet werden. Bezüglich des Pulvers, als welches der Werkstoff vorliegen kann, kann es besonders bevorzugt sein, dass dieses eine Partikelgrößenverteilung d50 aufweist, die in einem Bereich vorliegt von größer oder gleich 15µm bis kleiner oder gleich 105µm. Die Partikelgrößenverteilung kann dabei in an sich bekannter Weise bestimmbar sein durch Laserdiffraktometrie. Die Pulverpartikel können ferner sphärisch und/oder durch Gasverdüsung hergestellt sein.
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Somit kann der Werkstoff insbesondere in Pulverform und dabei bevorzugt in der vorbeschriebenen Partikelgröße für ein additives Verfahren, wie etwa selektives Lasersintern beziehungsweise selektives Laserschmelzen, geeignet sein und dabei unmittelbar verwendet werden. Weitere Aufbereitungsschritte können so entfallen.
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Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Werkstoffs wird auf die Beschreibung des Bauteils, des Verfahrens und der Verwendung verwiesen, und umgekehrt.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Verwendung eines Werkstoffs, wie dieser vorstehend beschrieben ist, zum Herstellen eines Bauteils mittels additiver Fertigung.
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Durch die Verwendung eines vorbeschriebenen Werkstoffs kann eine additive Fertigung problemlos möglich sein und gut auch bei moderaten Bedingungen handhabbar sein. Dies erlaubt das Ausbilden einer Vielzahl verschiedener Ausgestaltungen und dadurch eine besonders große Anwendungsbreite.
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Dabei kann ferner ein Bauteil erzeugt werden, das besonders gute mechanische Eigenschaften aufweist, wie insbesondere eine gut durchführbare Härtbarkeit, eine ausgeprägte Verschleißbeständigkeit und eine hohe Warmfestigkeit. Derartige Bauteile können ferner bezüglich einer Korrosionsbeständigkeit etwa in Kraftstoffen auf Ethanolbasis, wie beispielsweise den Kraftstoffen mit der Bezeichnung E100, E60 bevorzugte Eigenschaften aufweisen. Dies kann die Anwendbarkeit eines derartigen additiven Verfahrens unter Verwendung des oben beschriebenen Werkstoffs noch weiter vergrößern.
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Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale der Verwendung wird auf die Beschreibung des Werkstoffs, des Bauteils und des Verfahrens verwiesen und umgekehrt.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Bauteil, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es zumindest teilweise aus einem Werkstoff ausgebildet ist, wie dieser vorstehend im Detail beschrieben ist. Beispielsweise kann das Bauteil aus dem zuvor beschriebenen Werkstoff bestehen.
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Ein derartiges Bauteil kann dadurch gekennzeichnet sein, dass es besonders gute mechanische Eigenschaften aufweist, wie insbesondere erhöhte Härtbarkeit, Verschleißbeständigkeit und Warmfestigkeit. Derartige Bauteile können ferner bezüglich einer Korrosionsbeständigkeit etwa in Kraftstoffen auf Ethanolbasis, wie beispielsweise den Kraftstoffen mit der Bezeichnung E100, E60 bevorzugte Eigenschaften aufweisen. Dies kann die Anwendbarkeit eines derartigen Bauteils verbessern.
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Derartige Bauteile können ferner auch unter harschen Bedingungen sehr langzeitstabil sein, was dauerhaft Kosten sparen kann.
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Beispiele für derartige Bauteile umfassen etwa solche, die mit Kraftstoffen in Kontakt kommen, wie etwa Bauteile einer Kraftstoff-Direkteinspritzung, etwa Komponenten der Benzin-Direkteinspritzung.
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Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Bauteils wird auf die Beschreibung des Werkstoffs, der Verwendung und des Verfahrens verwiesen und umgekehrt.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem Werkstoff, wie dieser vorstehend beschrieben ist, aufweisend die Verfahrensschritte:
- a) Bereitstellen eines Werkstoffs, wie dieser vorstehend beschrieben ist; wobei
- b) der Werkstoff in Form eines Pulvers bereitgestellt wird;
- c) Formen des Bauteils unter Verwendung eines additiven Verfahrens; und
- d) Härten des Bauteils.
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Ein vorstehend beschriebenes Verfahren ermöglicht das Herstellen eines Bauteils mit einer hohen mechanischen Stabilität und einer ausgeprägten Korrosionsbeständigkeit. Die genannten Verfahrensschritte zeigen dabei Potential zur Verringerung der Komplexität der Prozesskette, etwa durch die Verwendung additiver Verfahren und das einfache Ermöglichen einer hohen Härte des erzeugten Bauteils durch eine mögliche Nitrierung. In anderen Worten ermöglicht das hier beschriebene Verfahren von neuartigen Prozessketten durch Kombination bereits bekannter Verfahrensschritte zur Erzeugung von Bauteilen mit hohem Verschleiß- und Korrosionswiderstand. Dabei findet eine Abstimmung des Werkstoffs durch die Auswahl der Legierung dahingehend statt, dass dieser auf die Verfahrensschritte und damit die Prozessierbarkeit sowie die Kombination der Verfahrensschritte umfassend additive Fertigung und Aufsticken beziehungsweise Nitrieren nach der additiven Fertigung maßgeschneidert ist.
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Gemäß Verfahrensschritt a), erfolgt das Bereitstellen eines Werkstoffs, wie dieser vorstehend beschrieben ist. In diesem Schritt erfolgt somit die Herstellung eines insbesondere auf das Verfahren beziehungsweise die Prozesskette abgestimmten Werkstoffs durch die Auswahl der Legierung insbesondere hinsichtlich des Kohlenstoffgehalts und des Stickstoffgehalts. Insbesondere wird eine Stahl-Legierung bereitgestellt, die gemäß Verfahrensschritt b) in Pulverform vorliegt und die Zusammensetzung mit den Anteilen aufweist, wie sie vorstehend beschrieben sind.
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Gemäß Verfahrensschritt c) erfolgt ferner das Formen des Bauteils unter Verwendung eines additiven Verfahrens. Dieser Schritt kann vorteilhaft sein, da so eine Vielzahl auch komplexer Bauteile erzeugbar sind, was die Anwendbarkeit verbessert.
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Darüber hinaus können sich beispielsweise dann, wenn ein Härten des Werkstoffs erfolgen soll, wie dies nachstehend beschrieben ist, synergistische Effekte einstellen. Denn die Härtung, welche insbesondere durch ein zusätzliches Aufsticken beziehungsweise Nitrieren realisierbar ist, wie dies nachstehend beschrieben ist, kann gemeinsam mit dem Verfahrensschritt c) erfolgen. Ferner kann ein Härten zusätzlich oder alternativ durch eine Temperaturbehandlung erfolgen, die insbesondere ein Erhitzen, Abschrecken und Anlassen umfasst.
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Gemäß Verfahrensschritt d) erfolgt somit ein Härten des geformten Werkstoffs und dabei insbesondere des erzeugten Bauteils. Beispielsweise kann das Härten eine Temperaturbehandlung umfassen einschließlich eines Tiefkühlens und/oder eines Anlassens und/oder eines Aufstickens. Somit kann es insbesondere vorgesehen sein, dass das Härten beziehungsweise dass Verfahrensschritt d) die folgenden Schritte umfasst: Erhitzen des Bauteils, Abschrecken des Bauteils und Anlassen des Bauteils.
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Beispielsweise kann ein erster Schritt des Härtens gemäß einer Temperaturbehandlung nämlich ein Erhitzen des Bauteils durch eine Temperaturbehandlung erfolgen, etwa indem der Werkstoff einer Temperaturbehandlung in einem Bereich von größer oder gleich 900°C bis kleiner oder gleich 1300°Cm beispielsweise von größer oder gleich 900°C bis kleiner oder gleich 1150°C für einen geeigneten Zeitraum von beispielsweise wenigstens 15 min unterworfen wird. Ferner sollte die Atmosphäre für diesen Schritt derart gewählt werden, dass der Stickstoffgehalt des etwa als Bauteil vorliegenden Werkstoffs nicht verringert wird oder gegebenenfalls erhöht wird. Geeignete Atmosphären umfassen hier beispielsweise Vakuum, Argon oder Stickstoff. In diesem Schritt kann gegebenenfalls ein Austinitisieren des Werkstoffs beziehungsweise seines Gefüges erfolgen.
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Das Abschrecken kann insbesondere erfolgen, wenn die Temperatur, beispielsweise bei einem zuvor durchgeführten Austenitisieren beziehungsweise einem zuvor durchgeführten Erhitzen, in einem Bereich von größer oder gleich 900°C bis kleiner oder gleich 1300°C liegt. Beispielhaft kann das zuvor verwendete Medium aufweisend oder bestehend aus Stickstoff, Argon und Helium zum Abschrecken verwendet werden. Der Abschreckdruck kann beispielsweise in einem Bereich zwischen größer oder gleich 1bar bis kleiner oder gleich 40bar liegen. Bezüglich der bei dem Abschrecken zu wählenden Temperatur, so kann diese etwa in einem Bereich von größer oder gleich -273°C bis kleiner oder gleich +30°C liegen.
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Bei dem Abschrecken kann sich Martensit ausbilden, so dass der Werkstoff des Bauteils wie vorstehend beschrieben zumindest zu großen Teilen eine martensitische Struktur aufweist.
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Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass das Verfahren nach dem Abschrecken und vor dem Anlassen mit einer Temperatur von kleiner oder gleich -50°C behandelt wird, wobei diese Temperatur kälter sein sollte als die beim Abschrecken verwendete Temperatur. Dieser Schritt kann als Tiefkühlen beschrieben werden. Das Tiefkühlen führt zu einer Reduzierung des Restaustenitgehalts und damit auch zu einer Steigerung der Härte und Maßbeständigkeit.
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Nach dem Abschrecken beziehungsweise Tiefkühlen kann das Verfahren weiterhin ein Anlassen des Werkstoffs und insbesondere des Bauteils umfassen. Hierzu kann insbesondere das Bauteil erhitzt werden. Beispielhafte Temperaturbereiche für das Anlassen etwa in einem Temperaturbereich von größer oder gleich 150°C bis kleiner oder gleich 600 °C.
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Nach dem Anlassen kann das Bauteil fertig gestellt sein.
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Aufgrund der wie vorstehend beschrieben guten Schweißeignung kann das erzeugt Bauteil jedoch mit weiteren Bauteilen beziehungsweise Bauteilbestandteilen verschweißt werden.
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Alternativ oder zusätzlich zu Verfahrensschritt einer vorbeschriebenen Temperaturbehandlung des Härtens kann es ferner bevorzugt sein, dass Verfahrensschritt d) den weiteren Verfahrensschritt aufweist:
- e) Aufsticken beziehungsweise Nitrieren des Werkstoffs.
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Dieser Verfahrensschritt kann insbesondere die folgenden Merkmale aufweisen:
- Behandeln des Werkstoffs während der Herstellung des Bauteils unter erhöhter Temperatur mit einem Gas, welches aus Stickstoff mit einem definierten Druck besteht oder zusätzlich zu Stickstoff nur wenigstens ein inertes Gas aufweist. In anderen Worten wird das Bauteil etwa mit einer Atmosphäre beaufschlagt,
- welche neben Stickstoff ein oder mehrere inerte Gase aufweist, wie etwa Argon oder Helium. Dieser Vorgang kann auch als Aufsticken bezeichnet werden und
- dient ebenso einer verbesserten Härte des erzeugten Bauteils.
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Dieser Schritt e) ist bevorzugt während des additiven Verfahrens, also während Verfahrensschritt c) und etwa vor einer Temperaturbehandlung von Verfahrensschritt d) durchführbar. Beispielsweise ist dieser Schritt durchführbar während der Herstellung des Bauteils unter Verwendung von Stickstoffgas, was auch lokal möglich ist, etwa über Düsen, beispielsweise bei einem selektiven Laserschmelzen (SLM). Grundsätzlich kann ein Stickstoffpartialdruck zwischen 1 mbar und 10 bar liegen und/oder können Temperaturen in einem Bereich von größer oder gleich 1000°C bis kleiner oder gleich 1150°C verwendet werden. Geeignete Zeitdauer variieren mit den Prozessparametern, können aber grundsätzlich in einem Bereich von 5 Minuten bis 50 Stunden liegen.
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Ferner können die vorgenannten Parameter auch während der Temperaturbehandlung der Härtung eingestellt und variiert werden. Bei der Temperaturbehandlung kann eine Steuerung des Stickstoffverlaufs über den Querschnitt des Bauteils durch eine Auswahl von Zeit, Temperatur und Stickstoffdruck erfolgen. Eine Variationsmöglichkeit ist somit möglich von einem Ausgangsstickstoffgehalt bis hin zu einer kompletten Durchstickung. Der Stickstoffgehalt beziehungsweise der Stickstoffverlauf bestimmt zusammen mit dem Kohlenstoffgehalt die (lokal) erreichbare Härte bzw. den Härteverlauf bei dem fertig gestellten Bauteil. Bei gleicher Härte ist die Schweißeignung eines kohlenstoff- und Stickstoff-haltigen Stahls zudem besser als bei einem reinen Kohlenstoff-haltigen Stahl.
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Ein Delta-Ferrit Anteil wird durch die chemische Zusammensetzung, also dem Grundwerkstoff und dem gegebenenfalls bei der Härtung, aufgenommenen Stickstoff und den Glühbedingungen beziehungsweise der gewählten Temperaturbehandlung eingestellt. Ein Mischgefüge von Delta-Ferrit und Austenit beziehungsweise Martensit und Austenit wirkt dem Kornwachstum entgegen, was sich auf die mechanischen Eigenschaften positiv auswirkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0764079 B2 [0003]
- DE 102013010771 A1 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN ISO 6507-1:2005 bis -4:2005 [0013]