DE102018201855A1 - Material, suitable for additive manufacturing - Google Patents

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Max Seitter
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkstoff, der eine Legierung aufweist oder aus dieser besteht. Durch das Verwenden dieser Legierung kann der Werkstoff vorteilhaft für eine additive Fertigung verwendet werden. Ferner kann ein Bauteil mit guten mechanischen Eigenschaften erhalten werden.The present invention relates to a material comprising or consisting of an alloy. By using this alloy, the material can be advantageously used for additive manufacturing. Furthermore, a component with good mechanical properties can be obtained.

Description

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 einen Bauteil, das aus einem derartigen Werkstoff geformt ist.The present invention relates to a material made of an alloy, which has preferred mechanical properties and can be processed in particular by additive manufacturing. The present invention further relates to a component formed from such a material.

Stand der TechnikState of the art

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.Alloys for components with good mechanical properties are widely used and often desired. It may be problematic to obtain a suitable alloy which not only has the desired mechanical properties but which is also processable by preferred methods so as to produce components. In particular, it may be challenging to provide a material or alloy that can be processed by additive manufacturing techniques.

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.The document DE 10 2013 010 771 A1 , for example, describes a generative manufacturing process. In order to successfully perform a generative manufacturing process in continuous operation, this document discloses a protection device for use in a generative manufacturing process. With regard to the material to be processed, this document basically discloses metal powder or plastic powder.

Aus Stiff, light, strong and ductile: nano-structured High Modulus Steel, H. Springer et al., Nature, Scientific Reports, 7:2757, DOI:10.1038/s41598-017-02861-3 ist ferner ein Stahl bekannt, der gute mechanische und physikalische Eigenschaften aufweisen soll. Ein derartiger Stahl ist eine Legierung, die ein Fe-TiB2 - Kompositmaterial ist, wobei bei einem Anteil von 6,38 Gew.-% Titan und 2,4 Gew.-% Bor ein Anteil von 13 Vol.-% TiB2 in einer ferritischen Eisenmatrix vorgesehen ist.From Stiff, light, strong and ductile: nano-structured High Modulus Steel, H. Springer et al., Nature, Scientific Reports, 7: 2757, DOI: 10.1038 / s41598-017-02861-3, a steel is also known should have good mechanical and physical properties. Such a steel is an alloy which is a Fe-TiB2 composite material, with a proportion of 6.38 wt .-% titanium and 2.4 wt .-% boron, a proportion of 13 vol .-% TiB2 in a ferritic Iron matrix is provided.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkstoff, der zum Herstellen eines Bauteils mittels additiver Fertigung geeignet ist. Bei einem hier beschriebenen Werkstoff ist es vorgesehen, dass dieser eine Legierung aufweist, beispielsweise aus einer Legierung besteht. Die Legierung weist die folgenden Legierungsbestandteile in den folgenden Anteilen auf:

  • - Kohlenstoff in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 2,0 Gew.-%;
  • - Stickstoff in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 1,0 Gew.-%;
  • - Chrom in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20,0 Gew.-%;
  • - Bor in einem Bereich von größer oder gleich 0,01 Gew.-% bis kleiner oder gleich 5 Gew.-%,
  • - gegebenenfalls Molybdän in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10 Gew.-%;
  • - gegebenenfalls Nickel in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20,0 Gew.-%;
  • - gegebenenfalls Mangan in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10,0 Gew.-%; bevorzugt in einem Bereich von größer oder gleich 0,25 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10,0 Gew.-%;
  • - gegebenenfalls Cobalt in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20 Gew.-%;
  • - gegebenenfalls Aluminium in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20 Gew.-%;
  • - gegebenenfalls Titan in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10 Gew.-%;
  • - gegebenenfalls Vanadium in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10 Gew.-%;
  • - gegebenenfalls Niob in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10 Gew.-%; wobei
der Rest durch Eisen und durch unvermeidliche Verunreinigungen gebildet ist.The present invention relates to a material which is suitable for producing a component by means of additive manufacturing. In the case of a material described here, it is provided that it comprises an alloy, for example consisting of an alloy. The alloy has the following alloying ingredients in the following proportions:
  • - Carbon in a range of greater than 0 wt .-% to less than or equal to 2.0 wt .-%;
  • Nitrogen in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 1.0% by weight;
  • Chromium in a range of greater than 0 wt% to less than or equal to 20.0 wt%;
  • Boron in a range of greater than or equal to 0.01% by weight to less than or equal to 5% by weight,
  • optionally molybdenum in a range of greater than 0 wt% to less than or equal to 10 wt%;
  • optionally nickel in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 20.0% by weight;
  • optionally manganese in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 10.0% by weight; preferably in a range of greater than or equal to 0.25% by weight to less than or equal to 10.0% by weight;
  • optionally cobalt in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 20% by weight;
  • - optionally aluminum in a range of greater than 0 wt .-% to less than or equal to 20 wt .-%;
  • optionally titanium in a range of greater than 0 wt .-% to less than or equal to 10 wt .-%;
  • - optionally vanadium in a range of greater than 0 wt .-% to less than or equal to 10 wt .-%;
  • optionally, niobium in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 10% by weight; in which
the rest is formed by iron and by unavoidable impurities.

Die unvermeidlichen Verunreinigungen können etwa stahltypische Begleitelemente umfassen. Insbesondere können die unvermeidlichen Verunreinigungen somit 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. Die unvermeidlichen Verunreinigungen können etwa Sauerstoff, Schwefel, Phosphor, Silizium und/oder Kupfer umfassen.The unavoidable impurities may include, for example, steel-typical accompanying elements. In particular, the unavoidable impurities may thus result from the production of the steel and / or be present in a proportion of less than or equal to 5 wt .-%, for example of less than or equal to 2 wt .-%. The unavoidable impurities may include, for example, oxygen, sulfur, phosphorus, silicon, and / or copper.

Ein vorstehend beschriebener Werkstoff erlaubt in überraschender Weise die Herstellung eines Bauteils mit guten mechanischen Eigenschaften und ist dabei sehr gut prozessierbar mittels additiver Fertigung.A material described above surprisingly allows the production of a component with good mechanical properties and is very well processable by means of additive manufacturing.

Insbesondere kann es durch die vorstehend beschriebene Legierung ermöglicht werden, dass der Werkstoff durch eine Fe-Basis Legierung, beziehungsweise durch eine Legierung mit Eisen als Basiswerkstoff, gebildet ist. Dabei wird es ferner möglich, die Legierung derart auszugestalten, dass diese im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Legierungen einen vergleichsweise hohen Borgehalt aufweist.In particular, it can be made possible by the above-described alloy that the material is formed by an Fe-based alloy, or by an alloy with iron as the base material. In this case, it is also possible to design the alloy such that this has a comparatively high boron content compared to the alloys known from the prior art.

Durch den hohen Borgehalt werden mechanische Eigenschaften des Werkstoffs beziehungsweise eines aus diesem geformten Bauteils ermöglicht, die sich insbesondere durch einen verbesserten Verschleißwiderstand und eine verbesserte Festigkeit auszeichnen. Dies kann somit einer besonders hohen mechanischen Stabilität dienen, was eine hohe Langzeitstabilität ermöglichen kann.Due to the high boron content, mechanical properties of the material or of a component formed therefrom are made possible, which are distinguished, in particular, by improved wear resistance and improved strength. This can thus serve a particularly high mechanical stability, which can allow a high long-term stability.

Letztere kann ferner dadurch weiter verbessert werden, dass es sich in überraschender Weise gezeigt hat, dass der Werkstoff beziehungsweise ein hieraus gefertigtes Bauteil eine besonders hohe Verschleißbeständigkeit und Warmfestigkeit aufweist. Dies kann ferner eine besonders hohe Anwendungsbreite für den Werkstoff beziehungsweise für ein hieraus gefertigtes Bauteil ermöglichen.The latter can be further improved by the fact that it has surprisingly been found that the material or a component produced therefrom has a particularly high resistance to wear and high temperature resistance. This can also enable a particularly high application width for the material or for a component produced therefrom.

Insbesondere können die vorstehend beschriebenen oftmals insbesondere für Stahl erzielbaren Vorteile, wie insbesondere Verschleißbeständigkeit und Warmfestigkeit, durch homogen und fein verteilte Boride erreicht werden. Die Boride liegen aufgrund des Anteils an Bor als Legierungspartner vor. Diese Boridphasen können auch als Hartphase bezeichnet werden.In particular, the advantages described above, in particular for steel, such as in particular wear resistance and heat resistance, can be achieved by homogeneously and finely distributed borides. The borides are present as alloying partners due to the proportion of boron. These boride phases can also be called hard phases.

Zusätzlich zu den vorstehend genannten besonders vorteilhaften mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs beziehungsweise eines hieraus gefertigten Bauteils kann der Werkstoff durch das Vorsehen der Legierung als Bestandteil in überraschender Weise eine vorteilhafte Prozessierung ermöglichen. In anderen Worten kann es ermöglicht werden, dass der Werkstoff in geeigneter Weise zu einem Bauteil geformt wird. Insbesondere kann eine Prozessierbarkeit mittels additiver Verfahren beziehungsweise mittels additiver Fertigung erfolgen. Beispielsweise kann es ermöglicht werden, dass eine Prozessierbarkeit mittels additiver Techniken bei moderaten Bedingungen erfolgen kann und ferner bereits eine endkonturentsprechende oder endkonturnahe Bauteilfertigung ermöglicht werden kann.In addition to the abovementioned particularly advantageous mechanical properties of the material or of a component produced therefrom, the material can surprisingly make advantageous processing possible by providing the alloy as a constituent. In other words, the material may be suitably formed into a component. In particular, a processability can be carried out by means of additive processes or by means of additive production. For example, it can be made possible that processability can be carried out by means of additive techniques under moderate conditions and, furthermore, a final contour-related or near-net shape component production can already be made possible.

Dies hat signifikante Vorteile vor dem Hintergrund des bekannten Stands der Technik. Zum einen können durch additive Fertigung auch komplexe Strukturen einfach geformt werden, so dass eine besonders breite Anwendbarkeit gegeben ist.This has significant advantages against the background of the known art. On the one hand, even complex structures can be easily formed by additive manufacturing, so that a particularly wide applicability is given.

Darüber hinaus hat im Vergleich zu einem additiven Verfahren beispielsweise die aus dem Stand der Technik bekannte pulvermetallurgische Stahlroute für hochkarbidhaltige Stähle den Nachteil einer Vergröberung von Karbiden als Hartphase. Schmelzmetallurgisch sind Stähle mit Karbiden als Hartphase nur bedingt prozessierbar, beispielsweise durch Entmischungen, Steigerungen oder Phasenvergröberungen. Weiterhin 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.Moreover, in comparison to an additive process, for example, the powder metallurgical steel route for high-carbide steels known from the prior art has the disadvantage of coarsening carbides as the hard phase. Melt metallurgically, steels with carbides as hard phase are only conditionally processable, for example by demixing, increases or Phasenvergröberungen. Furthermore, conventional steels having a high carbon content such as> 0.4 wt% due to hot cracking are difficult to process by additive methods such as SLM (selective laser melting). These disadvantages of the prior art can be prevented precisely by the carbon content of the alloy of the material described here.

Konventionelle Stähle mit hohem Borgehalt sind gleichfalls schmelzmetallurgisch schwer herstellbar und schwer zu Halbzeug verarbeitbar. Durch Verfahren der Pulverherstellung, z. B. durch Verdüsen kann ein Pulver mit feinen, gleichmäßig verteilten Boriden erzeugt und mittels generativer Verfahren prozessiert werden. Im Detail entstehen bei konventioneller schmelzmetallurgischer Herstellung derartiger Legierungen grobe spröde Boride, die sich lokal anreichern können und eine anschließende Halbzeugherstellung z. B. durch Walzen stark behindern. Bei dem Verdüsen werden zuerst aus der Schmelze feine Tröpfchen erzeugt, die erst bei der anschließenden raschen Erstarrung zu feinen, gleichmäßig verteilten Boriden führen und problemlos weiter verarbeitet werden können.Conventional steels with high boron content are likewise difficult to produce by melt metallurgy and difficult to process into semi-finished products. By methods of powder production, for. B. by spraying a powder with fine, uniformly distributed borides can be produced and processed by means of generative processes. In detail, conventional brittle-metallurgical production of such alloys gives rise to coarse brittle borides which can locally accumulate and a subsequent semifinished production, for example. B. hinder strong by rolling. During atomization, fine droplets are first produced from the melt, which only lead to fine, evenly distributed borides during the subsequent rapid solidification and can be further processed without problems.

Im Gegensatz zu den vorbeschriebenen herkömmlichen Stählen mit hohem Kohlenstoffanteil sind Stähle mit einem vergleichsweise hohen Boranteil zur Bildung von Hartphasen mit additiven Verfahren endkonturnah prozessierbar und führen aufgrund des geringen Schmelzvolumens und der extrem hohen Abkühlgeschwindigkeiten zu einer feinen, homogenen Verteilung von Boriden, was Bauteile mit homogenen Eigenschaften ermöglichen kann.In contrast to the conventional high carbon steels described above, steels with a comparatively high boron content can be processed near net shape with additive processes and lead to a fine, homogeneous distribution of borides due to the low melt volume and extremely high cooling rates Properties can allow.

Derartige hochborhaltige Stähle, insbesondere auf Eisen basierende Legierungen, wie diese vorstehend beschrieben sind, mit Boriden als Hartphase sind im Stand der Technik nicht bekannt. Diese sind wie vorstehend beschrieben für additive Verfahren sehr gut geeignet.Such high boron-containing steels, in particular iron-based alloys, as described above, with borides as hard phase are not known in the prior art. These are very well suited for additive processes as described above.

Je nach gewählter Zusammensetzung kann der fertig prozessierte Werkstoff in Kombination des hohen Borgehalts mit den anderen Legierungselementen unterschiedliche Werkstoffstrukturen aufweisen. Dadurch werden werkstofftechnische Möglichkeiten geboten, die mit anderen Verfahren und Werkstoffen nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand darstellbar sind. Beispielsweise ist dadurch eine nicht magnetisierbare austenitische Matrix mit hohem Hartstoffanteil (Boride) möglich, wodurch der Werkstoff hochfest und verschleißbeständig wird. Eine weitere Möglichkeit ist die Kombination von überwiegend martensitischer Matrix und Boriden, die zu einer extrem hohen Verschleißbeständigkeit führt.Depending on the selected composition, the finished processed material may have different material structures in combination with the high boron content with the other alloying elements. This material engineering possibilities are offered that can not be represented with other methods and materials or only with great effort. For example, a non-magnetizable austenitic matrix with a high proportion of hard material (borides) is thereby possible, as a result of which the material becomes high-strength and wear-resistant. Another possibility is the combination of predominantly martensitic matrix and borides, which leads to extremely high wear resistance.

Besonders bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass der Werkstoff eine Legierung aufweist, die die folgenden Legierungsbestandteile in den folgenden Anteilen aufweist:

  • - Kohlenstoff in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,3 Gew.-%;
  • - Stickstoff in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,3 Gew.-%;
  • - Chrom in einem Bereich von größer oder gleich 13 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20 Gew.-%;
  • - Bor in einem Bereich von größer oder gleich 0,5 Gew.-% bis kleiner oder gleich 2 Gew.-%;
  • - Molybdän in einem Bereich von größer oder gleich 1 Gew.-% bis kleiner oder gleich 3 Gew.-%;
  • - gegebenenfalls Nickel in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20,0 Gew.-%;
  • - gegebenenfalls Mangan in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10,0 Gew.-%; bevorzugt in einem Bereich von größer als 0,25 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10,0 Gew.-%;
  • - gegebenenfalls Cobalt in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20 Gew.-%;
  • - gegebenenfalls Aluminium in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20 Gew.-%;
  • - gegebenenfalls Titan in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10 Gew.-%;
  • - gegebenenfalls Vanadium in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10 Gew.-%;
  • - gegebenenfalls Niob in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10 Gew.-%; wobei
der Rest durch Eisen und durch unvermeidliche Verunreinigungen gebildet ist. Particularly preferably, it can be provided that the material comprises an alloy which has the following alloy constituents in the following proportions:
  • - Carbon in a range of greater than 0 wt .-% to less than or equal to 0.3 wt .-%;
  • Nitrogen in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 0.3% by weight;
  • Chromium in a range of greater than or equal to 13% by weight to less than or equal to 20% by weight;
  • Boron in a range of greater than or equal to 0.5% by weight to less than or equal to 2% by weight;
  • - Molybdenum in a range of greater than or equal to 1 wt .-% to less than or equal to 3 wt .-%;
  • optionally nickel in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 20.0% by weight;
  • optionally manganese in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 10.0% by weight; preferably in a range of greater than 0.25% by weight to less than or equal to 10.0% by weight;
  • optionally cobalt in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 20% by weight;
  • - optionally aluminum in a range of greater than 0 wt .-% to less than or equal to 20 wt .-%;
  • optionally titanium in a range of greater than 0 wt .-% to less than or equal to 10 wt .-%;
  • - optionally vanadium in a range of greater than 0 wt .-% to less than or equal to 10 wt .-%;
  • optionally, niobium in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 10% by weight; in which
the rest is formed by iron and by unavoidable impurities.

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. Die unvermeidlichen Verunreinigungen können etwa Sauerstoff, Schwefel, Phosphor, Silizium und/oder Kupfer umfassen.In particular, the unavoidable impurities may in turn result from the production of the steel and / or be present in a proportion of less than or equal to 5% by weight, for example of less than or equal to 2% by weight. The unavoidable impurities may include, for example, oxygen, sulfur, phosphorus, silicon, and / or copper.

In dieser Ausgestaltung können die vorstehend beschriebenen Vorteile besonders effektiv ermöglicht werden.In this embodiment, the advantages described above can be made particularly effective.

Beispielsweise kann der Werkstoff eine Legierung aufweisen, die die folgenden Legierungsbestandteile in den folgenden Anteilen aufweist:

  • - Kohlenstoff in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,3 Gew.-%;
  • - Stickstoff in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,3 Gew.-%;
  • - Chrom in einem Bereich von größer oder gleich 13 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20 Gew.-%;
  • - Bor in einem Bereich von größer oder gleich 0,5 Gew.-% bis kleiner oder gleich 2 Gew.-%;
  • - Molybdän in einem Bereich von größer oder gleich 1 Gew.-% bis kleiner oder gleich 3 Gew.-%; wobei
der Rest durch Eisen und durch unvermeidliche Verunreinigungen gebildet ist.For example, the material may comprise an alloy comprising the following alloying ingredients in the following proportions:
  • - Carbon in a range of greater than 0 wt .-% to less than or equal to 0.3 wt .-%;
  • Nitrogen in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 0.3% by weight;
  • Chromium in a range of greater than or equal to 13% by weight to less than or equal to 20% by weight;
  • Boron in a range of greater than or equal to 0.5% by weight to less than or equal to 2% by weight;
  • - Molybdenum in a range of greater than or equal to 1 wt .-% to less than or equal to 3 wt .-%; in which
the rest is formed by iron and by unavoidable impurities.

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. Die unvermeidlichen Verunreinigungen können etwa Sauerstoff, Schwefel, Phosphor, Silizium, Cobalt, Nickel, Aluminium und/oder Kupfer umfassen.In particular, the unavoidable impurities may in turn result from the production of the steel and / or be present in a proportion of less than or equal to 5% by weight, for example of less than or equal to 2% by weight. The unavoidable impurities may include, for example, oxygen, sulfur, phosphorus, silicon, cobalt, nickel, aluminum and / or copper.

Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass der Werkstoff in als Pulver vorliegt. Wenn der Werkstoff in einer Pulverform beziehungsweise als Pulver vorliegt, kann der Werkstoff besonders bevorzugt für ein additives Verfahren geeignet sein. Bezüglich des Pulvers, als welches der Werkstoff vorliegt, kann es besonders bevorzugt sein, dass dieses eine Partikelgröße d50 aufweist, die in einem Bereich vorliegt von größer oder gleich 10µm bis kleiner oder gleich 50µm. Die Pulvergröße kann dabei in an sich bekannter Weise bestimmbar sein durch Laserdiffraktometrie. Die Pulverpartikel können ferner sphärisch sein und/oder durch Gasverdüsung hergestellt.It may also be preferred that the material is present in powder form. If the material is present in a powder form or as a powder, the material may particularly preferably be suitable for an additive process. With respect to the powder, as which the material is present, it may be particularly preferred that this has a particle size d50, which is present in a range of greater than or equal to 10 .mu.m to less than or equal to 50 .mu.m. The powder size can be determinable in a conventional manner by laser diffractometry. The powder particles may also be spherical and / or produced by gas atomization.

Somit kann der Werkstoff insbesondere in Pulverform und dabei bevorzugt in der vorbeschriebenen Partikelgröße für ein additives Verfahren, wie etwa selektives Laserschmelzen oder ein Elektronenstahlschmelzen (EBM), geeignet sein und dabei unmittelbar verwendet werden. Weitere Aufbereitungsschritte können so entfallen.Thus, the material may be particularly suitable in powder form and thereby preferably in the above-described particle size for an additive process, such as selective laser melting or electron beam melting (EBM), and be used directly. Further processing steps can thus be omitted.

Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass das Bor in der Legierung als Borid vorliegt. Dadurch kann insbesondere eine weitere Verschleißbeständigkeit ermöglicht werden, was die mechanische Stabilität dieses Stahls weiter verbessern kann.It may also be preferred that the boron is present in the alloy as boride. As a result, in particular a further wear resistance can be made possible, which can further improve the mechanical stability of this steel.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Werkstoffs wird auf die Beschreibung des Bauteils, des Verfahrens und der Verwendung verwiesen, und umgekehrt.With regard to further advantages and technical features of the material is based on the description of the component, the method and the use, and vice versa.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Verwendung eines Werkstoffs, wie dieser vorstehend beschrieben ist, zum Herstellen eines Bauteils mittels additiver Fertigung.The subject of the present invention is also a use of a material as described above for producing a component by means of additive manufacturing.

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.By using a material described above, an additive manufacturing can be easily possible and easily manageable even under moderate conditions. This allows the formation of a variety of different configurations and thus a particularly wide range of applications.

Es kann ferner ein Bauteil erzeugt werden, das besonders gute mechanische Eigenschaften aufweist, wie insbesondere eine verbesserte Verschleißbeständigkeit und eine hohe Warmfestigkeit.It is also possible to produce a component which has particularly good mechanical properties, in particular improved wear resistance and high heat resistance.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale der Verwendung wird auf die Beschreibung des Werkstoffs, des Bauteils und des Verfahrens verwiesen und umgekehrt.For further advantages and technical features of the use reference is made to the description of the material, the component and the method and vice versa.

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.The subject matter of the present invention is furthermore a component, which is characterized in that it is formed at least partially from a material, as described in detail above. For example, the component may consist of the material described above.

Ein derartiges Bauteil kann dadurch gekennzeichnet sein, dass es besonders gute mechanische Eigenschaften aufweist, wie insbesondere eine verbesserte Verschleißbeständigkeit und eine hohe Warmfestigkeit. Dies kann eine hohe Langzeitstabilität bei einer hohen Anwendungsbreite ermöglichen. Nicht beschränkende Beispiele umfassen etwa Bauteile für die Kraftstoff-Direkteinspritzung, wie etwa für die Benzin-Direkteinspritzung.Such a component may be characterized in that it has particularly good mechanical properties, such as in particular improved wear resistance and high heat resistance. This can allow a high long-term stability with a high application width. Non-limiting examples include, for example, components for direct fuel injection, such as for gasoline direct injection.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Bauteils wird auf die Beschreibung des Werkstoffs, der Verwendung und des Verfahrens verwiesen und umgekehrt.With regard to further advantages and technical features of the component, reference is made to the description of the material, the use and the method and vice versa.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, aufweisend die Verfahrensschritte

  1. a) Bereitstellen eines Werkstoffs, wie dieser vorstehend beschrieben ist; und
  2. b) Formen des Bauteils, wobei
Verfahrensschritt b) mittels additiver Fertigung erfolgt.The invention further provides a method for producing a component, comprising the method steps
  1. a) providing a material as described above; and
  2. b) molding of the component, wherein
Process step b) takes place by means of additive production.

Insbesondere durch das vorstehend beschriebene Verfahren lassen sich Bauteile formen, die besonders gute mechanische Eigenschaften aufweisen, wie insbesondere eine erhöhte Verschleißbeständigkeit und eine hohe Warmfestigkeit. Dies kann die Anwendbarkeit eines derartigen additiven Verfahrens unter Verwendung des oben beschriebenen Werkstoffs besonders groß gestalten.In particular, by the method described above can form components that have particularly good mechanical properties, such as in particular an increased wear resistance and high heat resistance. This can make the applicability of such an additive method using the material described above particularly large.

Darüber hinaus lassen sich durch die Verwendung der additiven Fertigung weitere signifikante Vorteile erzielen, wie dies vorstehend beschrieben ist.In addition, the use of additive manufacturing can provide further significant advantages, as described above.

Mit Bezug auf den Verfahrensschritt a) und damit dem Bereitstellen eines Werkstoffs, wie dieser vorstehend beschrieben ist, so kann dieser auf herkömmliche Weise wie für Legierungen bekannt ausgestaltet werden. With respect to process step a), and thus the provision of a material as described above, it may be configured in a conventional manner as known for alloys.

Beispielsweise wird auf die vorstehende Beschreibung betreffend das Pulververdüsen verwiesen.For example, reference is made to the above description regarding the powder atomization.

Beispielsweise kann der Werkstoff, der aus der Legierung bestehen kann, in Form eines Pulvers bereitgestellt werden. Dabei kann das Pulver etwa eine Partikelgröße D50 in einem Bereich von größer oder gleich 10µm bis kleiner oder gleich 50µm aufweisen. Dies kann für den Verfahrensschritt b) von besonderem Vorteil sein, da sich dieser insbesondere mit einem derartigen Pulver vorteilhaft ausführen lässt.For example, the material, which may be made of the alloy, may be provided in the form of a powder. The powder may have a particle size D50 in a range of greater than or equal to 10 .mu.m to less than or equal to 50 .mu.m. This can be of particular advantage for process step b), since this can be carried out advantageously in particular with such a powder.

Gemäß diesem Verfahrensschritt b) erfolgt das Formen des Bauteils, wobei Verfahrensschritt b) mittels additiver Fertigung erfolgt. Als spezifische additive Fertigung kann beispielsweise selektives Laserschmelzen (SLM) oder Elektronenstahlschmelzen (EBM) verwendet werden, wobei das additive Verfahren jedoch nicht hierauf beschränkt ist.In accordance with this method step b), the component is formed, wherein method step b) takes place by means of additive production. As specific additive manufacturing, for example, selective laser melting (SLM) or electron beam melting (EBM) may be used, but the additive method is not limited thereto.

Nach der generativen Fertigung kann eine zusätzliche Wärmebehandlung erfolgen, wie etwa ein Härten etwa mit einem Tiefkühlen und einem Anlassen.After generative fabrication, additional heat treatment may be performed, such as curing with, for example, deep-freezing and tempering.

Es kann somit ein Härten des geformten Werkstoffs und dabei insbesondere des erzeugten Bauteils erfolgen. Beispielsweise kann das Härten eine Temperaturbehandlung umfassen und ein Tiefkühlen und/oder Anlassen. 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.It can thus be a hardening of the shaped material and thereby in particular of the produced component. For example, the curing may include a temperature treatment and a freezing and / or tempering. Thus, it can be provided in particular that the hardening or that process step d) comprises the following steps: heating of the component, quenching of the component and tempering of the component.

Beispielsweise kann ein erster Schritt des Härtens nämlich ein Erhitzen des Bauteils durch eine Temperaturbehandlung erfolgen, etwa indem der Werkstoff einer Temperaturbehandlung in einem Bereich von größer oder gleich 700°C bis kleiner oder gleich 1300°C beispielsweise von größer oder gleich 900°C bis kleiner oder gleich 1150°C für einen geeigneten Zeitraum von beispielsweise wenigstens 15 Minuten unterworfen wird. Geeignete Atmosphären umfassen hier beispielsweise Vakuum, Argon oder Stickstoff, In diesem Schritt erfolgt ein Austenitisieren des Werkstoffs beziehungsweise seines Gefüges.For example, a first step of curing, namely a heating of the component by a temperature treatment, such as by the Material is subjected to a temperature treatment in a range of greater than or equal to 700 ° C to less than or equal to 1300 ° C, for example, greater than or equal to 900 ° C to less than or equal to 1150 ° C for a suitable period of, for example, at least 15 minutes. Suitable atmospheres here include, for example, vacuum, argon or nitrogen. In this step, austenitizing the material or its microstructure takes place.

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 lbar 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 +70°C liegen.Quenching may in particular take place when the temperature, for example in the case of a previous austenitization or a previously performed heating, is in a range from greater than or equal to 900 ° C. to less than or equal to 1300 ° C. By way of example, the previously used medium comprising or consisting of nitrogen, argon and helium can be used for quenching. The quenching pressure may be, for example, in a range between greater than or equal to lbar to less than or equal to 40bar. With regard to the temperature to be selected during quenching, it may be in a range from greater than or equal to -273 ° C. to less than or equal to + 70 ° C.

Bei dem Abschrecken kann sich Martensit ausbilden, so dass der Werkstoff des Bauteils wie vorstehend beschrieben zumindest zu großen Teilen eine Struktur aufweist, die aus einer martensitischen Matrix mit eingelagerten Boriden besteht.In quenching, martensite can form, so that the material of the component as described above has, at least in large part, a structure consisting of a martensitic matrix with embedded borides.

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.It may further be preferred that the process after quenching and before tempering is treated at a temperature of less than or equal to -50 ° C, which temperature should be colder than the temperature used during quenching. This step can be described as freezing. Freezing leads to a reduction in the retained austenite content and thus also to an increase in hardness and dimensional stability.

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.After quenching or freezing, the method may further include tempering the material, and in particular the component. For this purpose, in particular, the component can be heated. Example temperature ranges for tempering in a temperature range of greater than or equal to 150 ° C to less than or equal to 600 ° C.

Nach dem Anlassen kann das Bauteil fertig gestellt sein.After starting, the component can be completed.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Verfahrens wird auf die Beschreibung des Werkstoffs, des Bauteils und der Verwendung verwiesen und umgekehrt.With regard to further advantages and technical features of the method, reference is made to the description of the material, the component and the use and vice versa.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102013010771 A1 [0003]DE 102013010771 A1 [0003]

Claims (10)

Werkstoff, geeignet zum Herstellen eines Bauteils mittels additiver Fertigung, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff eine Legierung aufweist, wobei die Legierung die folgenden Legierungsbestandteile in den folgenden Anteilen aufweist: - Kohlenstoff in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 2,0 Gew.-%; - Stickstoff in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 1,0 Gew.-%; - Chrom in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20,0 Gew.-%; - Bor in einem Bereich von größer oder gleich 0,01 Gew.-% bis kleiner oder gleich 5 Gew.-%, - gegebenenfalls Molybdän in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10 Gew.-%; - gegebenenfalls Nickel in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20,0 Gew.-%; - gegebenenfalls Mangan in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10,0 Gew.-%; - gegebenenfalls Cobalt in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20 Gew.-%; - gegebenenfalls Aluminium in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20 Gew.-%; - gegebenenfalls Titan in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10 Gew.-%; - gegebenenfalls Vanadium in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10 Gew.-%; - gegebenenfalls Niob in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10 Gew.-%; wobei der Rest durch Eisen und durch unvermeidliche Verunreinigungen gebildet ist.Material suitable for producing a component by means of additive manufacturing, characterized in that the material comprises an alloy, the alloy having the following alloy components in the following proportions: carbon in a range from greater than 0 wt.% To less than or equal to 2.0% by weight; Nitrogen in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 1.0% by weight; Chromium in a range of greater than 0 wt% to less than or equal to 20.0 wt%; - Boron in a range of greater than or equal to 0.01 wt .-% to less than or equal to 5 wt .-%, - optionally molybdenum in a range of greater than 0 wt .-% to less than or equal to 10 wt .-%; optionally nickel in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 20.0% by weight; optionally manganese in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 10.0% by weight; optionally cobalt in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 20% by weight; - optionally aluminum in a range of greater than 0 wt .-% to less than or equal to 20 wt .-%; optionally titanium in a range of greater than 0 wt .-% to less than or equal to 10 wt .-%; - optionally vanadium in a range of greater than 0 wt .-% to less than or equal to 10 wt .-%; optionally, niobium in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 10% by weight; the remainder being formed by iron and by unavoidable impurities. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Werkstoff eine Legierung aufweist, wobei die Legierung die folgenden Legierungsbestandteile in den folgenden Anteilen aufweist: - Kohlenstoff in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,3 Gew.-%; - Stickstoff in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,3 Gew.-%; - Chrom in einem Bereich von größer oder gleich 13 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20 Gew.-%; - Bor in einem Bereich von größer oder gleich 0,5 Gew.-% bis kleiner oder gleich 2 Gew.-%; - Molybdän in einem Bereich von größer oder gleich 1 Gew.-% bis kleiner oder gleich 3 Gew.-%; - gegebenenfalls Nickel in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20,0 Gew.-%; - gegebenenfalls Mangan in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10,0 Gew.-%; - gegebenenfalls Cobalt in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20 Gew.-%; - gegebenenfalls Aluminium in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20 Gew.-%; - gegebenenfalls Titan in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10 Gew.-%; - gegebenenfalls Vanadium in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10 Gew.-%; - gegebenenfalls Niob in einem Bereich von größer als 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 10 Gew.-%; wobei der Rest durch Eisen und durch unvermeidliche Verunreinigungen gebildet ist.Material after Claim 1 , characterized in that the material comprises an alloy, the alloy having the following alloy constituents in the following proportions: carbon in a range of greater than 0 wt .-% to less than or equal to 0.3 wt .-%; Nitrogen in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 0.3% by weight; Chromium in a range of greater than or equal to 13% by weight to less than or equal to 20% by weight; Boron in a range of greater than or equal to 0.5% by weight to less than or equal to 2% by weight; - Molybdenum in a range of greater than or equal to 1 wt .-% to less than or equal to 3 wt .-%; optionally nickel in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 20.0% by weight; optionally manganese in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 10.0% by weight; optionally cobalt in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 20% by weight; - optionally aluminum in a range of greater than 0 wt .-% to less than or equal to 20 wt .-%; optionally titanium in a range of greater than 0 wt .-% to less than or equal to 10 wt .-%; - optionally vanadium in a range of greater than 0 wt .-% to less than or equal to 10 wt .-%; optionally, niobium in a range of greater than 0% by weight to less than or equal to 10% by weight; the remainder being formed by iron and by unavoidable impurities. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff als Pulver vorliegt.Material according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the material is present as a powder. Werkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver eine Partikelgröße d50 aufweist, die in einem Bereich liegt von größer oder gleich 10µm bis kleiner oder gleich 50µm.Material after Claim 3 , characterized in that the powder has a particle size d50, which is in a range of greater than or equal to 10 microns to less than or equal to 50 microns. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bor in Form von Borid vorliegt.Material according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the boron is present in the form of boride. Verwendung eines Werkstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Herstellen eines Bauteils mittels additiver Fertigung.Use of a material according to one of Claims 1 to 5 for producing a component by means of additive manufacturing. Bauteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil zumindest teilweise aus einem Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.Component, characterized in that the component is at least partially made of a material according to one of Claims 1 to 5 is trained. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, aufweisend die Verfahrensschritte a) Bereitstellen eines Werkstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 5; und b) Formen des Bauteils, wobei Verfahrensschritt b) mittels additiver Fertigung erfolgt.A method for producing a component, comprising the method steps a) providing a material according to one of Claims 1 to 5 ; and b) molding the component, wherein process step b) takes place by means of additive manufacturing. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt b) ein selektives Laserschmelzen oder ein Elektronenstahlschmelzen umfasst.Method according to Claim 8 , characterized in that method step b) comprises a selective laser melting or an electron beam melting. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff nach Verfahrensschritt b) einer Temperaturbehandlung unterworfen wird.Method according to Claim 8 or 9 , characterized in that the material after process step b) is subjected to a temperature treatment.
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