Hintergrund

Das Heiß-Isostatische-Pressen (HIP) ist das Standard Wärmebehandlungsverfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von additiv gefertigten Metallbauteilen. Dabei wird das Bauteil unter hohem Druck von ca. 500 bar - 3000 bar und bei Temperaturen von ca. 500 °C – 1400 °C in einem Inertgas ausgelagert [1]. Unter diesen Bedingungen schrumpfen die Poren [2] und Eigenspan-nungen und Gefüge werden homogenisiert [3]. Das Ergebnis ist dabei jedoch sehr stark von den ge-wählten Prozessparametern und der Bauteilgeometrie abhängig und kann unter Umständen auch zu starkem Verzug und einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften führen. Hinzu kommt, dass im Gegensatz zur konventionellen Wärmebehandlung das HIP-Verfahren sehr teuer ist. Somit ist das Optimieren des HIP-Prozesses per trial and error ein sehr kostspieliges Unterfangen.

a) 2018_10_04_Simulation_HIP-Prozess.jpg   b) 2018_10_04_Simulation_HIP-Prozess b.jpg

μCT-Scan einer additiv gefertigten Titanprobe vor (a) und nach (b) dem HIP-Prozess. Poren sind zur besseren Übersicht rot eingefärbt [2].

Aufgabenstellung und Arbeitsumfang

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Materialmodell für die Simulation des HIP-Prozesses erstellt wer-den, dass in Abhängigkeit der Prozessparameter die relevanten lokalen Gegebenheiten (z.B. Eigen-spannungen, Gefüge, Porenverteilung, Materialkennwerte) abschätzt. Dies umfasst die nachfolgen-den Schritte:

  • Literaturrecherche zu den dem HIP-Prozess zu Grunde liegenden physikalischen Prozessen
  • Entwicklung einer Simulationsmethode für den HIP-Prozess auf Basis einer gekoppelten thermischen Spannungsanalyse (ABAQUS Standard) unter Berücksichtigung von:
    • Eigenspannungen
    • Verzug
    • Gefügeumwandlungen
    • Porenschrumpf
Kontakt

Bei Interesse wenden Sie sich bitte an:

Dr.-Ing. Stefan Slaby
Tel.: 089-6088-3815
eMail: slaby@iabg.de

Literatur

[1] B. P. L. 333 The Sty, 47 Upper King Street, Royston, Hertfordshire SG8 9AZ (01763) 222, „The Effects of Hot Isostatic Pressing of Platinum Alloy Castings on Mechanical Properties and Microstructures“, Johnson Mat-they Technology Review, 10-Juli-2015. 

[2] S. Tammas-Williams, P. J. Withers, I. Todd, und P. B. Prangnell, „The Effectiveness of Hot Isostatic Pressing for Closing Porosity in Titanium Parts Manufactured by Selective Electron Beam Melting“, Metall. Mater. Trans. A, Bd. 47, Nr. 5, S. 1939–1946, Mai 2016.

[3] E. Uhlmann, R. Kersting, T. B. Klein, M. F. Cruz, und A. V. Borille, „Additive Manufacturing of Titanium Alloy for Aircraft Components“, Procedia CIRP, Bd. 35, S. 55–60, Jan. 2015.