DE102019206674A1 - Process for recompaction and hardening of components made of martensitic and / or precipitation hardening steels - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zum Nachverdichten und Härten von Bauteilen aus martensitischen und/oder ausscheidungshärtenden Stählen, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: Behandeln von zumindest einem Bauteil aus martensitischem und/oder ausscheidungshärtendem Stahl in einer heißisostatischen Presse bei einer ersten Temperatur und einem ersten Druck, wobei das Bauteil in der heißisostatischen Presse nachverdichtet und gleichzeitig lösungsgeglüht und/oder austenitisiert wird, Abschrecken des Bauteils in der heißisostatischen Presse, Optional Tiefkühlen des Bauteils auf eine Tiefkühltemperatur, Optional Ausscheidungshärten oder Anlassen des Bauteils bei einer zweiten Temperatur.The present invention proposes a method for re-compacting and hardening components made of martensitic and / or precipitation hardening steels, the method having the following method steps: Treating at least one component made of martensitic and / or precipitation hardening steel in a hot isostatic press at a first temperature and a first pressure, whereby the component is post-compacted in the hot isostatic press and at the same time solution annealed and / or austenitized, quenching of the component in the hot isostatic press, optional deep-freezing of the component to a freezing temperature, optional precipitation hardening or tempering of the component at a second temperature.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachverdichten und Härten von Bauteilen aus martensitischen und/oder ausscheidungshärtenden Stählen sowie ein nachverdichtetes und gehärtetes Bauteil aus martensitischem und/oder ausscheidungshärtendem Stahl.The present invention relates to a method for re-compacting and hardening components made of martensitic and / or precipitation-hardening steels and a re-compacted and hardened component made of martensitic and / or precipitation-hardening steel.
Stand der TechnikState of the art
Die mechanischen Eigenschaften von martensitischen und/oder ausscheidungshärtenden Stählen können durch Wärmebehandlungen verbessert werden. Derartige Stähle haben sich in der additiven Fertigung bewährt und sind eine weit verbreitete Standardgüte.The mechanical properties of martensitic and / or precipitation hardening steels can be improved by heat treatments. Such steels have proven themselves in additive manufacturing and are a widely used standard quality.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Nachverdichten und Härten von Bauteilen aus martensitischen und/oder ausscheidungshärtenden Stählen, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
- a) Behandeln von zumindest einem Bauteil aus martensitischem und/oder ausscheidungshärtendem Stahl in einer heißisostatischen Presse bei einer ersten Temperatur und einem ersten Druck, wobei das Bauteil in der heißisostatischen Presse nachverdichtet und gleichzeitig austenitisiert und gegebenenfalls lösungsgeglüht wird,
- b) Abschrecken des Bauteils in der heißisostatischen Presse,
- c) Optional Tiefkühlen des Bauteils auf eine Tiefkühltemperatur,
- d) Optional Ausscheidungshärten oder Anlassen des Bauteils bei einer zweiten Temperatur.
- a) treating at least one component made of martensitic and / or precipitation hardening steel in a hot isostatic press at a first temperature and a first pressure, the component being post-compacted in the hot isostatic press and simultaneously austenitized and optionally solution annealed,
- b) quenching the component in the hot isostatic press,
- c) Optional deep-freezing of the component to a freezing temperature,
- d) Optional precipitation hardening or tempering of the component at a second temperature.
„Additive Fertigung“ ist auch unter den Bezeichnungen „3D Druck“ oder „Additive Manufacturing“ (AM) bekannt. Beispielsweise können Bauteile aus 1.4542 Stahl durch selektives Laserstrahlschmelzen bzw. Lasersintern hergestellt werden. Dabei werden die Bauteile zumeist aus Stahlpulver hergestellt, weswegen derartige Verfahren auch als pulvermetallurgische Verfahren bekannt sind."Additive manufacturing" is also known under the terms "3D printing" or "Additive Manufacturing" (AM). For example, components made of 1.4542 steel can be produced by selective laser beam melting or laser sintering. The components are mostly made of steel powder, which is why such processes are also known as powder metallurgical processes.
Es hat sich gezeigt, dass pulvermetallurgisch hergestellte Stähle auf Grund von Defekten wie Beispielsweise einer hohen Porosität oder Anbindungsfehlern zur Erreichung von erwünschten mechanischen Eigenschaften nachträglich verdichtet werden müssen. Zum Nachverdichten werden üblicher Weise heißisostatische Pressen (HIP) verwendet. In einer HIP wird ein Bauteil in einem beheizbaren Druckbehälter bei hoher Temperatur und hohem Gasdruck isostatisch verdichtet. Durch den hohen Gasdruck wirkt der gleiche Druck auf alle Seiten des Bauteils, so dass das Bauteil isotrope Eigenschaften erhalten kann.It has been shown that steels produced by powder metallurgy have to be subsequently compacted in order to achieve the desired mechanical properties due to defects such as high porosity or connection defects. Hot isostatic presses (HIP) are usually used for recompaction. In a HIP, a component is isostatically compressed in a heatable pressure vessel at high temperature and high gas pressure. Due to the high gas pressure, the same pressure acts on all sides of the component, so that the component can acquire isotropic properties.
Gegenüber einem an das heißisostatische Pressen anschließenden wärmebehandeln erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere ein besonders effizientes Nachverdichten und Härten, so dass erwünschte mechanische Kennwerte einfacher erreicht werden können.Compared to a heat treatment following the hot isostatic pressing, the method according to the invention allows particularly efficient post-compression and hardening, so that desired mechanical characteristics can be achieved more easily.
Es wird somit ein Verfahren zum Nachverdichten und Härten von Bauteilen aus martensitischen und/oder ausscheidungshärtenden Stählen vorgeschlagen.A method for re-compacting and hardening components made of martensitic and / or precipitation hardening steels is therefore proposed.
Unter Stählen sind insbesondere nichtrostende Stähle zu verstehen, wobei unter nichtrostenden Stählen im Sinne der vorliegenden Erfindung Stähle zu verstehen sind, die durch einen hohen Anteil von Chrom gegen Korrosion und Säure beständiger sind. Üblicherweise weisen nichtrostende Stähle einen Chromanteil von mehr als 10,5 Gew.-% auf, wobei das Chrom im austenitischen oder ferritischen Mischkristall gelöst ist. Stähle sind dabei Werkstoffe, deren Massenanteil an Eisen größer ist als der jedes anderen Elementes, und deren Kohlenstoffgehalt im Allgemeinen kleiner als 2 Gew.-% ist. Nichtrostende Stähle im Sinne der vorliegenden Erfindung können dabei noch weitere Legierungsbestandteile wie Nickel, Molybdän, Mangan, Niob, Vanadium, Wolfram, Titan und/oder Kupfer aufweisen.Steels are to be understood as meaning, in particular, stainless steels, with stainless steels in the context of the present invention being understood to mean steels which are more resistant to corrosion and acids due to a high proportion of chromium. Stainless steels usually have a chromium content of more than 10.5% by weight, the chromium being dissolved in the austenitic or ferritic mixed crystal. Steels are materials whose iron mass fraction is greater than that of any other element and whose carbon content is generally less than 2% by weight. Stainless steels within the meaning of the present invention can also have further alloy components such as nickel, molybdenum, manganese, niobium, vanadium, tungsten, titanium and / or copper.
Unter martensitischen Stählen sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Stähle zu verstehen, die eine Martensitstruktur aufweisen.For the purposes of the present invention, martensitic steels are to be understood as meaning steels which have a martensite structure.
Unter ausscheidungshärtenden Stählen sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Stähle zu verstehen, die bei einer Ausscheidungstemperatur Ausscheidungen bilden.Precipitation-hardening steels in the context of the present invention are understood to mean steels which form precipitates at a precipitation temperature.
Unter martensitischen und ausscheidungshärtenden Stählen sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Stähle zu verstehen, die bei einer Ausscheidungstemperatur martensitisch vorliegen und Ausscheidungen bilden.For the purposes of the present invention, martensitic and precipitation-hardening steels are to be understood as meaning steels which are martensitic at a precipitation temperature and which form precipitates.
Beispielsweise sind darunter Stähle zu verstehen wie der Stahl 1.4542. Unter dem Stahl 1.4542 ist der nach
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
- a) Behandeln von zumindest einem Bauteil aus martensitischem und/oder ausscheidungshärtendem Stahl in einer heißisostatischen Presse bei einer ersten Temperatur und einem ersten Druck, wobei das Bauteil in der heißisostatischen Presse nachverdichtet und gleichzeitig austenitisiert und gegebenenfalls lösungsgeglüht wird,
- b) Abschrecken des Bauteils in der heißisostatischen Presse,
- c) Optional Tiefkühlen des Bauteils auf eine Tiefkühltemperatur,
- d) Optional Ausscheidungshärten oder Anlassen des Bauteils bei einer zweiten Temperatur.
- a) treating at least one component made of martensitic and / or precipitation hardening steel in a hot isostatic press at a first temperature and a first pressure, the component being post-compacted in the hot isostatic press and simultaneously austenitized and optionally solution annealed,
- b) quenching the component in the hot isostatic press,
- c) Optional deep-freezing of the component to a freezing temperature,
- d) Optional precipitation hardening or tempering of the component at a second temperature.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Verfahrensschritte a bis d in der angegebenen Reihenfolge chronologisch durchgeführt werden.It can preferably be provided that method steps a to d are carried out chronologically in the specified order.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann erreicht werden, dass Bauteile aus martensitischem und/oder ausscheidungshärtendem Stahl mit weniger Prozessaufwand verdichtet und gehärtet werden können.The method according to the invention enables components made of martensitic and / or precipitation hardening steel to be compacted and hardened with less process effort.
Insbesondere kann durch das gleichzeitige Nachverdichten und Lösungsglühen bzw. Austenitisieren erreicht werden, dass das Bauteil nach einem Nachverdichten nicht zusätzlich separat Wärmebehandelt werden muss.In particular, the simultaneous re-compaction and solution annealing or austenitizing means that the component does not have to be additionally heat-treated separately after re-compaction.
Das gleichzeitige Nachverdichten und Lösungsglühen bzw. Austenitisieren kann insbesondere durch das Abschrecken des Bauteils in der heißisostatischen Presse erreicht werden, da ein Abschrecken außerhalb der heißisostatischen Presse ein zu langsames Abkühlen bedingen würde und somit der Effekt eines Lösungsglühens oder Austenitisierens aufgehoben würde.The simultaneous recompaction and solution annealing or austenitizing can be achieved in particular by quenching the component in the hot isostatic press, since quenching outside the hot isostatic press would cause cooling down too slowly and thus the effect of solution annealing or austenitizing would be canceled.
Durch das Abschrecken des Bauteils in der heißisostatischen Presse kann deswegen erreicht werden, dass das Bauteil nach einem Verdichten in der heißisostatischen Presse nicht zusätzlich noch lösungsgeglüht oder austenitisiert werden muss.By quenching the component in the hot isostatic press, it can therefore be achieved that the component does not have to be additionally solution annealed or austenitized after it has been compacted in the hot isostatic press.
Zudem kann dadurch vorteilhafter Weise erreicht werden, dass die Bildung von Grobkorn reduziert oder verhindert wird, da die Gesamtglühzeit, beziehungsweise die Gesamtzeit des Bauteils bei hoher Temperatur, durch Zusammenlegung des Verdichtens und des Lösungsglühens und/oder Austenitisierens, verkürzt werden kann.In addition, it can advantageously be achieved that the formation of coarse grain is reduced or prevented, since the total annealing time, or the total time of the component at high temperature, can be shortened by combining the compression and the solution annealing and / or austenitizing.
Das Nachverdichten und Austenitisieren und gegebenenfalls Lösungsglühen kann dabei mit einer herkömmlichen, dem Fachmann bekannten heißisostatischen Presse durchführbar sein.The recompaction and austenitizing and optionally solution annealing can be carried out with a conventional hot isostatic press known to the person skilled in the art.
Dadurch das Behandeln bei der ersten Temperatur kann erreicht werden, dass Mikroseigerungen im Bauteil bei einem Lösungsglühen aufgelöst werden. Unter Mikroseigerungen sind im Sinne der vorliegenden Erfindung mikroskopische Entmischungen einer Legierung zu versehen, durch die es zu Konzentrationsunterschieden der verschiedenen Legierungselemente innerhalb eines Bauteils kommt.As a result of the treatment at the first temperature, it can be achieved that microsegregations in the component are dissolved during a solution heat treatment. For the purposes of the present invention, microscopic segregation refers to microscopic segregation of an alloy, which results in differences in the concentration of the various alloying elements within a component.
Zudem kann dadurch erreicht werden, dass der Stahl austenitisiert wird, also sich in eine Austenitstruktur umwandelt. Eine Austenitstruktur oder austenitische Struktur ist die Kubisch flächenzentrierte Struktur des Eisens und seiner Legierungen.In addition, it can be achieved that the steel is austenitized, i.e. converted into an austenite structure. An austenite structure or austenitic structure is the face-centered cubic structure of iron and its alloys.
Anschließend wird das Bauteil in einem Verfahrensschritt b) in der heißisostatischen Presse abgeschreckt.The component is then quenched in the hot isostatic press in process step b).
Unter einem Abschrecken des Bauteils wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein rasches Reduzieren der Temperatur des Bauteils verstanden.In the context of the present invention, quenching the component is understood to mean a rapid reduction in the temperature of the component.
Dadurch kann erreicht werden, dass der Stahl weiter als homogene Legierung vorliegt und sich keine thermodynamisch stabileren Verbindungen abscheiden, die die mechanischen Eigenschaften des Bauteils beeinträchtigen könnten. Zudem kann nach einer Austenitisierung erreicht werden, dass der Stahl sich in eine Martensitstruktur umwandelt und nicht in Ferrit. Unter Ferrit ist im Sinne der vorliegenden Erfindung die kubisch-raumzentrierte Modifikation des Eisens und seiner Mischkristalle zu verstehen.This can ensure that the steel continues to be present as a homogeneous alloy and that no thermodynamically more stable compounds are deposited that could impair the mechanical properties of the component. In addition, after austenitizing, the steel can be transformed into a martensite structure and not into ferrite. In the context of the present invention, ferrite is to be understood as the body-centered cubic modification of iron and its mixed crystals.
Nach Verfahrensschritt b) kann das Bauteil in Verfahrensschritt c) optional auf eine Tiefkühltemperatur tiefgekühlt werden. Unter Tiefkühlen wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Abkühlen zumindest unter 0 °C verstanden. Das Tiefkühlen kann dabei nach einem herkömmlichen Verfahren realisiert werden. Beispielsweise kann das Bauteil aus der Kammer in einen Tiefkühler gegeben werden, in dem es auf eine entsprechende Temperatur tiefgekühlt wird.After process step b), the component can optionally be deep-frozen to a deep-freeze temperature in process step c). For the purposes of the present invention, deep-freezing means cooling understood at least below 0 ° C. The deep freezing can be carried out using a conventional method. For example, the component can be put from the chamber into a freezer, in which it is frozen to a suitable temperature.
Dadurch kann erreicht werden, dass zumindest ein Teil einer austenitischen Struktur des Bauteils in eine martensitische Struktur umgewandelt wird. Insbesondere kann dadurch erreicht werden, dass sich der größte Teil einer austenitischen Struktur des Bauteils in eine martensitische Struktur umwandet.It can thereby be achieved that at least part of an austenitic structure of the component is converted into a martensitic structure. In particular, it can thereby be achieved that the majority of an austenitic structure of the component is converted into a martensitic structure.
Nach Verfahrensschritt c) kann das Bauteil in Verfahrensschritt d) optional bei einer zweiten Temperatur ausscheidungsgehärtet oder angelassen werden.After process step c), the component can optionally be precipitation hardened or tempered at a second temperature in process step d).
Unter Ausscheidungshärten wird im Sinne der vorliegenden Erfindung das Erwärmen auf eine Temperatur verstanden, bei der Ausscheidung von Phasen in fein verteilter Form ausgebildet werden. Unter Anlassen wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Erwärmen auf eine moderate Temperatur verstanden, bei der sich Spannungen im Bauteil lösen, wobei die Temperatur jedenfalls unterhalb der Austenitisierungstemperatur liegt. Das Anlassen und oder Ausscheidungshärten kann dabei nach einem herkömmlichen Verfahren realisiert sein, beispielsweise durch Erwärmen des Bauteils in einem Ofen.In the context of the present invention, precipitation hardening is understood to mean heating to a temperature at which the precipitation of phases is formed in finely divided form. Tempering in the context of the present invention is understood to mean heating to a moderate temperature at which stresses in the component are released, the temperature in any case being below the austenitizing temperature. The tempering and / or precipitation hardening can be implemented according to a conventional method, for example by heating the component in an oven.
Durch das vorbeschriebene Verfahren kann demnach erreicht werden, dass Bauteile aus martensitischem und/oder ausscheidungshärtendem Stahl mit weniger Prozessaufwand verdichtet und gehärtet werden können.With the method described above, it can therefore be achieved that components made of martensitic and / or precipitation hardening steel can be compressed and hardened with less process effort.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass Verfahrensschritt a) bei einer ersten Temperatur in einem Bereich von größer oder gleich 1000 °C bis kleiner oder gleich 1300°C durchgeführt wird.In one embodiment of the method according to the invention, it can be provided that method step a) is carried out at a first temperature in a range from greater than or equal to 1000 ° C. to less than or equal to 1300 ° C.
Dadurch kann erreicht werden, dass Mikroseigerungen im Bauteil aufgelöst werden, wodurch sich die mechanischen Eigenschaften des Bauteils später besonders gut einstellen lassen und/oder es kann dadurch erreicht werden, dass sich zumindest ein Teil des Bauteils in eine Austenitstruktur umwandelt.As a result, microsegregations in the component can be resolved, whereby the mechanical properties of the component can later be adjusted particularly well and / or it can be achieved that at least part of the component is converted into an austenite structure.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass in Verfahrensschritt a) das Bauteil für eine Dauer in einem Bereich von größer oder gleich 30 Minuten bis kleiner oder gleich 3 Stunden bei der ersten Temperatur behandelt wird.In one embodiment of the method according to the invention, it can be provided that in method step a) the component is treated at the first temperature for a duration in a range from greater than or equal to 30 minutes to less than or equal to 3 hours.
Dadurch kann erreicht werden, dass ein Großteil von Mikroseigerungen im Bauteil aufgelöst wird, wodurch sich die mechanischen Eigenschaften des Bauteils später besonders gut einstellen lassen und/oder es kann dadurch erreicht werden, dass sich ein Großteil Bauteils in eine Austenitstruktur umwandelt.As a result, it can be achieved that a large part of micro-segregation in the component is dissolved, whereby the mechanical properties of the component can later be adjusted particularly well and / or it can be achieved that a large part of the component is converted into an austenite structure.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass in Verfahrensschritt a) das Bauteil bei einem Druck in einem Bereich von größer oder gleich 50 bar bis kleiner oder gleich 3000 bar behandelt wirdIn one embodiment of the method according to the invention, it can be provided that in method step a) the component is treated at a pressure in a range from greater than or equal to 50 bar to less than or equal to 3000 bar
Dadurch kann vorteilhafter Weise erreicht werden, dass das Bauteil besonders gut isostatisch verdichtet wird.As a result, it can advantageously be achieved that the component is isostatically compressed particularly well.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Bauteil in Verfahrensschritt a) bei einer ersten Temperatur in einem Bereich von größer oder gleich 1020 °C bis kleiner oder gleich 1100 °C, vorzugsweise größer oder gleich 1050 °C bis kleiner oder gleich 1100 °C, austenitisiert wird, insbesondere ohne ein Lösungsglühen.In one embodiment of the method according to the invention, it can be provided that the component in method step a) at a first temperature in a range from greater than or equal to 1020 ° C to less than or equal to 1100 ° C, preferably greater than or equal to 1050 ° C to less or equal 1100 ° C, is austenitized, in particular without a solution heat treatment.
Dadurch kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass der Stahl sich zumindest teilweise in eine Austenitstruktur umwandelt und Legierungsbestandeile des Stahls in der Austenitstruktur gelöst werden können. Insbesondere kann dadurch vorteilhafter Weise erreicht werden, dass das Bauteil nur eine reduzierte Menge, vorzugsweise im Wesentlichen keine, Chromausscheidungen aufweist.As a result, it can advantageously be achieved that the steel is at least partially converted into an austenite structure and alloy components of the steel can be dissolved in the austenite structure. In particular, it can thereby advantageously be achieved that the component has only a reduced amount, preferably essentially no, chromium precipitates.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Bauteil in Verfahrensschritt a) bei einer ersten Temperatur lösungsgeglüht und austenitisiert wird. Beispielsweise kann in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass das Bauteil in Verfahrensschritt a) bei einer ersten Temperatur in einem Bereich von größer oder gleich 1100 °C bis kleiner oder gleich 1250 °C lösungsgeglüht und austenitisiert wird, vorzugsweise von größer oder gleich 1150 °C bis kleiner oder gleich 1200 °C.In one embodiment of the method according to the invention, it can be provided that the component is solution annealed and austenitized at a first temperature in method step a). For example, one embodiment of the method according to the invention can provide that the component is solution annealed and austenitized in method step a) at a first temperature in a range from greater than or equal to 1100 ° C. to less than or equal to 1250 ° C., preferably greater than or equal to 1150 ° C ° C to less than or equal to 1200 ° C.
Dadurch kann vorteilhafter Weise erreicht werden, dass Mikroseigerungen im Bauteil besonders gut aufgelöst werden.As a result, it can advantageously be achieved that microsegregations in the component are particularly well resolved.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass in Verfahrensschritt b) eine Temperatur des Bauteils innerhalb von kleiner oder gleich 5 Minuten von der ersten Temperatur auf eine Temperatur von kleiner oder gleich 200°C gesenkt wird.In one embodiment of the method according to the invention, it can be provided that in method step b) a temperature of the component is reduced from the first temperature to a temperature of less than or equal to 200 ° C. within less than or equal to 5 minutes.
Dadurch kann vorteilhafter Weise erreicht werden, dass im Wesentlichen keine oder nur wenige Chromnitride/Carbide ausgeschieden werden und die mechanischen Eigenschaften des Bauteils negativ beeinflussen.As a result, it can advantageously be achieved that essentially no or only a few chromium nitrides / carbides are precipitated and have a negative impact on the mechanical properties of the component.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass Verfahrensschritt c) bei einer Tiefkühltemperatur in einem Bereich von größer oder gleich -273°C bis kleiner oder gleich -20°C durchgeführt wird, insbesondere von größer oder gleich -196 °C bis kleiner oder gleich -30 °C, vorzugsweise von größer oder gleich -100 °C bis kleiner oder gleich -70 °C, vorzugsweise für eine Dauer in einem Bereich von größer oder gleich 30 Minuten bis kleiner oder gleich 2 Stunden bei der Tiefkühltemperatur tiefgekühlt wird.In one embodiment of the method according to the invention, it can be provided that method step c) is carried out at a deep-freeze temperature in a range from greater than or equal to -273 ° C. to less than or equal to -20 ° C., in particular from greater than or equal to -196 ° C. to less or equal to -30 ° C, preferably from greater than or equal to -100 ° C to less than or equal to -70 ° C, preferably for a duration in a range from greater than or equal to 30 minutes to less than or equal to 2 hours at the freezing temperature.
Durch die Tiefkühltemperatur und/oder die Dauer des Tiefkühlens kann vorteilhafter Weise erreicht werden, dass ein Großteil der austenitischen Struktur des Bauteils in eine martensitische Struktur umgewandelt wird. Insbesondere kann dadurch erreicht werden, dass sich die austenitischen Struktur des Bauteils im Wesentlichen vollständig in eine martensitische Struktur umwandet.The deep freezing temperature and / or the duration of the deep freezing can advantageously achieve that a large part of the austenitic structure of the component is converted into a martensitic structure. In particular, it can thereby be achieved that the austenitic structure of the component is essentially completely converted into a martensitic structure.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die zweite Temperatur eine Ausscheidungshärtungstemperatur ist und Verfahrensschritt d) ein Ausscheidungshärten bei einer Ausscheidungshärtungstemperatur in einem Bereich von größer oder gleich 350°C bis kleiner oder gleich 750°C, vorzugsweise für eine Dauer in einem Bereich von größer oder gleich 1 Stunde bis kleiner oder gleich 6 Stunden umfasst.In one embodiment of the method according to the invention, it can be provided that the second temperature is a precipitation hardening temperature and method step d) is precipitation hardening at a precipitation hardening temperature in a range from greater than or equal to 350 ° C. to less than or equal to 750 ° C., preferably for one duration Range from greater than or equal to 1 hour to less than or equal to 6 hours.
Dadurch kann vorteilhafter Weise erreicht werden, dass Ausscheidungen, die die Festigkeit des Bauteils verbessern, besonders effektiv gebildet werden.As a result, it can advantageously be achieved that precipitates which improve the strength of the component are formed particularly effectively.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die zweite Temperatur eine Anlasstemperatur ist und Verfahrensschritt d) ein Anlassen bei einer Anlasstemperatur in einem Bereich von größer oder gleich 180 °C bis kleiner oder gleich 550 °C, vorzugsweise für eine Dauer in einem Bereich von größer oder gleich 60 min bis kleiner oder gleich 240 min umfasst.In one embodiment of the method according to the invention, it can be provided that the second temperature is a tempering temperature and method step d) is tempering at a tempering temperature in a range from greater than or equal to 180 ° C. to less than or equal to 550 ° C., preferably for one duration Range from greater than or equal to 60 min to less than or equal to 240 min.
Dadurch kann vorteilhafter Weise erreicht werden, dass Spannungen, die durch ein Abschrecken und Tiefkühlen des Bauteils im Bauteil entstehen können, besonders gut reduziert werden.In this way, it can advantageously be achieved that stresses that can arise in the component as a result of quenching and deep-freezing of the component are reduced particularly well.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Bauteil aus 1.4542 Stahl besteht und mittels lagenweisen Aufschmelzens von Pulvermaterial, insbesondere mittels Lasersintern hergestellt wurde.In one embodiment of the method according to the invention, it can be provided that the component consists of 1.4542 steel and was produced by means of layer-by-layer melting of powder material, in particular by means of laser sintering.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein beispielsweise additiv gefertigtes Bauteil aus martensitischem und/oder ausscheidungshärtendem Stahl, wobei das Bauteil nach dem vorbeschriebenen Verfahren nachverdichtet und gehärtet wurde.The invention also relates to an additively manufactured component made of martensitic and / or precipitation-hardening steel, for example, the component having been post-densified and hardened according to the method described above.
Dadurch kann erreicht werden, dass das Bauteil gute mechanische Kennzahlen aufweist und einen besonders geringen Grobkornanteil aufweist.It can thereby be achieved that the component has good mechanical characteristics and has a particularly low proportion of coarse grain.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und Bauteils werden durch die Figur und das Beispiel veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Figur und das Beispiel nur beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.Further advantages and advantageous configurations of the method and component according to the invention are illustrated by the figure and the example and explained in the description below. It should be noted that the figure and the example are only of a descriptive character and are not intended to restrict the invention in any way.
FigurenlisteFigure list
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1 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.1 a flow chart of the method according to the invention.
Beispiel A:Example A:
Ein mittels Lasersintern aus dem Stahl 1.4542 hergestelltes Bauteil wurde in einer heißisostatischen Presse für 2 Stunden bei einer zweiten Temperatur von 1150 °C lösungsgeglüht und gleichzeitig bei 200 bar verdichtet. Anschließend wurde das lösungsgeglühte Bauteil durch Luft bei 10 bar innerhalb von 4 Minuten auf 100 °C abgeschreckt. Das Bauteil wurde im Anschluss in einen Tiefkühler gegeben und bei -80 °C für eine Dauer von 1,5 Stunden tiefgekühlt. Danach wurde das Bauteil für
Das erfindungsgemäß verdichtete und gehärtete Bauteil wies nach dem Ausscheidungshärten die gleichen mechanischen Kennzahlen auf wie ein Bauteil das nach einem heißisostatischen Pressen separat in einem Ofen lösungsgeglüht wurde und nicht in der heißisostatischen Presse abgeschreckt wurde. Das erfindungsgemäße Bauteil wies zudem einen geringeren Anteil an Grobkorn auf. Die Korngröße des erfindungsgemäßen Bauteils ist somit als beispielhafter Wert ungefähr 30 % kleiner als die von einem konventionell behandelten Bauteil. Zudem ist die Bruchdehnung des erfindungsgemäß verdichteten und gehärteten Bauteils um bis zu 25 % größer als die eines unbehandelten Bauteils.The component that was compacted and hardened according to the invention exhibited after precipitation hardening the same mechanical parameters as a component that was separately solution annealed in a furnace after hot isostatic pressing and was not quenched in the hot isostatic press. The component according to the invention also had a lower proportion of coarse grain. The grain size of the component according to the invention is thus approximately 30% smaller than that of a conventionally treated component, as an example. In addition, the elongation at break of the component compacted and hardened according to the invention is up to 25% greater than that of an untreated component.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren konnten folglich überraschender Weise erreicht werden, dass Bauteile unter Einsparung von Prozessschritten verdichtet und gehärtet werden können.As a result of the method according to the invention, it was surprisingly possible to achieve that components can be compacted and hardened while saving process steps.
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102016225616 A1 [0003]DE 102016225616 A1 [0003]
Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited
- DIN EN 1008-3 [0013]DIN EN 1008-3 [0013]
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020007416A1 (en) | 2020-11-28 | 2022-06-02 | Hochschule Mittweida (Fh) | Method for producing at least one steel component to be realized in 3D printing and use of 3D printing |
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2019
- 2019-05-09 DE DE102019206674.7A patent/DE102019206674A1/en active Pending
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DE102020007416A1 (en) | 2020-11-28 | 2022-06-02 | Hochschule Mittweida (Fh) | Method for producing at least one steel component to be realized in 3D printing and use of 3D printing |
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