Detaillierte Analyse von durch selektives Laserschmelzen hergestelltem 24CrNiMo-Legierungsstahl: Zusammenhänge zwischen Prozess, Mikrostruktur und Eigenschaften

Veröffentlichungsdatum: 10.04.2026

Das selektive Laserschmelzen (SLM) als hochpräzise additive Fertigungstechnologie für Metalle weitet sein Anwendungsgebiet schrittweise von Titanlegierungen und Superlegierungen auf ein breiteres Spektrum technischer Legierungen aus. Eine kürzlich veröffentlichte Studie in Chinesisches Journal für Laser die Auswirkungen der SLM-Prozessparameter auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von systematisch untersucht. 24CrNiMo-Legierungsstahl (ein kritischer Werkstoff, der häufig für Bremsscheiben von Hochgeschwindigkeitszügen verwendet wird) und der wichtige technische Grundlagen für seine technischen Anwendungen liefert.

1. Einzigartige Mikrostruktur von SLM-geformtem 24CrNiMo

Die Studie ergab, dass SLM-geformter 24CrNiMo-Legierungsstahl typische Eigenschaften aufweist. Zweiphasen-Verbundmikrostruktur:

• Gehärteter Martensit: Da sie als Matrixphase dient, ist ihre Lamellenstruktur extrem fein, mit einer durchschnittlichen Breite von nur 50 nm. Dies ist eine direkte Folge der extrem hohen Abkühlraten (10²~10⁶ K/s), die dem SLM-Verfahren inhärent sind.
• Restaustenit: In geringen Mengen als inselartige Strukturen innerhalb der Wärmeeinflusszone (WEZ). Der Bildungsmechanismus ist folgender: Die Wärme der neu abgelagerten Schichten erhitzt die darunter liegenden erstarrten Schichten auf Temperaturen oberhalb der Austenitisierungstemperatur, und bei der schnellen Abkühlung bleibt dieser Austenit erhalten.

Dieses durch Feinkorn- und Phasenumwandlungsmechanismen verstärkte Mikrogefüge bildet die Grundlage für seine hervorragenden mechanischen Eigenschaften.

2. Die entscheidende Rolle der Prozessparameter: Der Zielkonflikt zwischen Dichte und Härte

Laserleistung (P) und Scangeschwindigkeit (v) sind zwei Schlüsselfaktoren, die die Qualität des Endprodukts bestimmen. Sie beeinflussen die Mikrostruktur und die Eigenschaften durch die Regulierung der Energiedichte und erzeugen dabei deutlich unterschiedliche Effekte.

• Auswirkung auf die DichteEine Erhöhung der Laserleistung oder eine Verringerung der Scangeschwindigkeit vergrößert das Schmelzbadvolumen und verbessert die Schmelzefließfähigkeit, wodurch „Bindungslücken“ effektiv reduziert werden. Experimente zeigten, dass bei folgenden Parametern 320 W / 750 mm/sDie Dichte erreichte einen Spitzenwert von 99,93 %Die
• Einfluss auf die Mikrohärte und FestigkeitAllerdings ist übermäßiger Energieeintrag ein zweischneidiges Schwert. Er verringert die Abkühlungsrate und setzt bereits gebildete Schichten stärkeren thermischen Belastungen aus, was zu Folgendem führt:
  1. Vergröberung von gehärteten Martensitlamellen (von 50 nm bis 200 nm).
  2. Erweiterung der WärmeeinflusszoneDie
     Diese beiden Faktoren wirken zusammen und verursachen Folgendes: Härte und Festigkeit des Materials nehmen mit zunehmender Energiezufuhr ab.Die

3. Optimierung der mechanischen Eigenschaften und Analyse des Bruchverhaltens

Das Forschungsteam testete die Zugeigenschaften unter verschiedenen Prozessparametern und verglich sie mit denen von herkömmlichem Gusslegierungsstahl:

• Optimale GesamtleistungUnter dem Parameter von 320 W / 950 mm/sDie Probe erreichte die beste Kombination aus Festigkeit und Duktilität:
  • Zugfestigkeit: 1362 MPa
  • Streckgrenze: 1252 MPa
  • Verlängerung: 16,2 %
• Vergleich mit GussmaterialZum Vergleich: Das gegossene 24CrNiMo wies eine Zugfestigkeit von 1157 MPa, eine Streckgrenze von 1034 MPa und eine Bruchdehnung von 15,4 % auf. Dies zeigt deutlich, dass die geformten Teile innerhalb des geeigneten SLM-Prozessfensters die genannten Eigenschaften aufweisen. umfassende mechanische Eigenschaften, die Gusswerkstoffen deutlich überlegen sindDie
• BruchmechanismusDie Bruchflächenanalyse enthüllte die Ursache für die ausgezeichnete Duktilität. Bei Zugversuchen wird die Ausbreitung von Mikrorissen, die im hochfesten, aber spröden angelassenen Martensit entstehen, in die an Restaustenit reiche Wärmeeinflusszone (WEZ) behindert. Dies liegt daran, dass der kubisch-flächenzentrierte (kfz) Austenit über mehr Gleitsysteme verfügt, die Energie effektiv absorbieren und die Rissausbreitung verzögern, wodurch die gute Duktilität gewährleistet wird.

Abschluss

Diese Studie erreichte nicht nur erfolgreich die hochwertige SLM-Formgebung von 24CrNiMo-Legierungsstahl, sondern etablierte vor allem einen klaren „Prozess-Mikrostruktur-EigenschaftDurch die präzise Steuerung des Laserenergieeintrags lässt sich ein ideales Mikrogefüge aus ultrafeinem, angelassenem Martensit und einem optimalen Anteil an Restaustenit erzielen. Gleichzeitig wird eine hohe Dichte gewährleistet, wodurch eine umfassende mechanische Leistungsfähigkeit erreicht wird, die herkömmliche Gießverfahren übertrifft. Dies hat weitreichende Konsequenzen für die Förderung des Einsatzes der SLM-Technologie in der Fertigung komplexer, hochleistungsfähiger Stahlbauteile, beispielsweise im Schienenverkehr und in der Energietechnik.

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Forgecise ist ein Innovator im Bereich der additiven Fertigung und konzentriert sich auf Hochleistungs-Metall-3D-Druckanlagen, Materialien und Softwarelösungen für die industrielle Fertigung.