Optimization of Material Properties of selective Laser-Melted Aluminum Alloy 7075

Ziele
Ziele Erfahrungen aus der konventionellen Fertigung zeigen eine gute Leistungsfähigkeit der hochfesten Aluminiumlegierung EN AW 7075, die zu einem häufigen Einsatz im Automobil- und Luftfahrtsektor führt. Wissenschaftliche Untersuchungen zur Verarbeitbarkeit dieser Legierung im SLM-Prozess zeigen, dass die hergestellten Proben aufgrund von prozessinduzierten Heißrissen ein anisotropes Verhalten aufweisen (Bild 1). Darüber hinaus konnten keine belastbaren Ergebnisse hinsichtlich der bruchmechanischen Charakterisierung ermittelt werden. Die Aluminiumlegierung EN AW 7075 hat aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung ein hohes Erstarrungsintervall. Dies hat zur Folge, dass das Schmelzen und Erstarren des Werkstoffs eine hohe Affinität zur Bildung von Heißrissen aufweist. Für den industriellen Einsatz müssen diese Heißrisse vermieden werden.

Verfahren
Eine in der Literatur dokumentierte Untersuchung zeigt, dass die Zugabe von 4 Gew.-% Silizium die Heißrissbildung verhindert. Dies ist auf eine Verringerung des Wärmeausdehnungskoeffizienten zurückzuführen. Des Weiteren zeigt eine andere Untersuchung, dass eine Erhöhung der Vorwärmtemperatur der Bauplattform die Anzahl der Heißrisse in selektiv laserstrahlgeschmolzenem EN AW 7075 reduziert. In der Praxis steht für die Modifikation des Pulvers nicht immer reines Silizium zur Verfügung, weshalb in diesem Zusammenhang ein praxisorientierter Ansatz zur Herstellung einer Mischlegierung aus hochfestem EN AW-7075 und siliziumdioxidreichem AlSi10Mg verfolgt wird.

Errungenschaften
Die Herstellung einer Aluminiummischlegierung auf Basis der hochfesten Legierung EN AW-7075 führte zu einer prozesssicheren Bearbeitung mittels SLM. Bei Verwendung eines geeigneten Prozessparametersatzes weisen die hergestellten Proben ein nahezu porenfreies Erscheinungsbild ohne erkennbare Heißrisse auf (Bild 2). Eine anschließende Wärmebehandlung führt zu einer Verbesserung der mechanischen und bruchmechanischen Eigenschaften der Aluminiummischlegierung. Der Ansatz, zwei verfügbare Pulver zu mischen, ermöglicht es, negative mechanische und bruchmechanische Eigenschaften zu kompensieren und einen additiv verarbeitbaren Werkstoff zu erzeugen.