Bei MX3D erforschen wir kontinuierlich neue Werkstoffe, um mit dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) neue Möglichkeiten für den robotergestützten 3D-Metalldruck zu erschließen. In Zusammenarbeit mit Novametal, einem Anbieter hochwertiger Schweißwerkstoffe, haben wir kürzlich eine umfassende Reihe von Werkstoffqualifizierungstests durchgeführt. Ziel ist es, festzustellen, ob ausgewählte Novametal-Legierungen die für WAAM-Anwendungen erforderlichen mechanischen und qualitativen Standards erfüllen, und unsere Materialbibliothek für unsere Kunden mit den M1/MX Metal AM-Systemen zu erweitern.
Diese Veröffentlichung fasst die Ergebnisse dieser Testreihe zusammen und behandelt die Zugfestigkeit, Schlagzähigkeit und Biegefestigkeit von zwei Hochleistungslegierungen: Aluminium ER5183 und die Nickellegierung NiCrMo-3.
Materialübersicht: Warum diese Legierungen?
WAAM eröffnet neue Möglichkeiten für die Herstellung großer, komplexer Metallteile mit kürzeren Vorlaufzeiten als bei herkömmlichen Verfahren. Allerdings verhält sich nicht jedes Material unter der lichtbogenbasierten additiven Fertigung , und die Gewährleistung von Schweißbarkeit, mechanischer Integrität und Wiederholbarkeit ist unerlässlich.
Gemeinsam mit Novametal haben wir zwei Drähte ausgewählt, um deren Leistungsfähigkeit bei WAAM zu testen:
- Aluminium ER5183, eine hochfeste Aluminiumlegierung, die häufig im Schiffbau, in Offshore-Konstruktionen und in kryogenen Anwendungen verwendet wird, und
- Die Nickellegierung NiCrMo-3 (ERNiCrMo-3) ist eine korrosionsbeständige, hochleistungsfähige Nickelbasislegierung, die für aggressive Umgebungen wie die chemische Verarbeitung, die Schifffahrt und den Energiesektor entwickelt wurde.
Es ist entscheidend, dass Schweißdrähte für WAAM stabile Lichtbogeneigenschaften, einen gleichmäßigen Vorschub und eine hohe mechanische Leistungsfähigkeit im gedruckten Zustand aufweisen. Diese Tests dienen dazu, zu überprüfen, ob die ausgewählten Novametal-Legierungen diese anspruchsvollen Kriterien erfüllen.
Prüfverfahren: ASME Driven Assurance
Die Materialprüfungen wurden gemäß den Richtlinien von ASME Abschnitt IX, Artikel VI durchgeführt, wodurch eine strenge und branchenweit anerkannte Methodik gewährleistet wurde.
Für jedes Material stellten wir sowohl dünne (5 mm) als auch dicke (50 mm) WAAM-gedruckte Prüfkörper unter Verwendung der robotergestützten WAAM-Systeme von MX3D her. Diese Proben wurden anschließend folgenden Prüfungen unterzogen:
- Zugversuche – zur Messung der Zugfestigkeit (UTS), der Streckgrenze (YTS) und der Dehnung (A%).
- Schlagversuche – werden bei relevanten Temperaturen durchgeführt, um die Zähigkeit zu beurteilen.
- Biegetests – Bewertung der Duktilität und der Schweißnahtfestigkeit.
Alle Berichte zu zerstörungsfreien Prüfungen (NDT), Röntgenaufnahmen und mechanischen Prüfdaten wurden während des gesamten Prozesses dokumentiert.
Testergebnisse pro Legierung
Die Testergebnisse für den Aluminiumdraht ER5183 waren wie folgt:
Aluminium ER5183
Dünne (5 mm) Proben
- UTS: 282 MPa
- Biegetest: Akzeptabel
Dicke (50 mm) Proben
Zugfestigkeit: 286 MPa
- YTS: 128 MPa
- Dehnung (A%): 30 %
- Schlagprüfung bei 20 °C: 30 J
- Biegetest: Akzeptabel
Zusammenfassung: Die Legierung ER5183 zeigte bei beiden Dicken eine gute Schweißbarkeit und mechanische Eigenschaften mit konsistenten UTS-Werten und einer akzeptablen Duktilität für strukturelle WAAM-Anwendungen.
Die Testergebnisse für die Nickellegierung NiCrMo-3 waren wie folgt:
Nickellegierung NiCrMo-3
Dünne (5 mm) Proben
- UTS: 616 MPa
- Biegetest: Akzeptabel
Dicke (50 mm) Proben
- UTS: 683 MPa
- YTS: 401 MPa
- Dehnung (A%): 58 %
- Schlagprüfung bei -196 °C: 219 J
- Biegetest: Akzeptabel
Zusammenfassung: NiCrMo-3 weist bei kryogenen Temperaturen eine ausgezeichnete Festigkeit, Duktilität und bemerkenswerte Zähigkeit auf. Seine Leistungsfähigkeit bestätigt seine Eignung für anspruchsvolle Anwendungen in den Bereichen Energie, Offshore und Schifffahrt mittels WAAM.
Fazit: Neue Materialien, neue Möglichkeiten
Die erfolgreiche Qualifizierung von Aluminium ER5183 und der Nickellegierung NiCrMo-3 stellt eine bedeutende Erweiterung des Angebots an Legierungen dar, die mit den M1- und MX-Metal-AM-Systemen . Beide Werkstoffe zeigten eine gleichbleibende Schweißbarkeit und mechanische Integrität und erfüllten die strengen Anforderungen der ASME-Prüfung gemäß Abschnitt IX.
Was bedeutet das für Sie?
Wenn Ihre Projekte korrosionsbeständige Nickellegierungen oder hochfeste Aluminiumkomponenten erfordern, kann MX3D diese nun drucken. Ganz gleich, ob Sie die Fertigung intern mit Ihrem eigenen M1/MX Metal-System durchführen oder Sonderteile aus unserer Produktionsstätte in Amsterdam bestellen möchten – diese neuen qualifizierten Werkstoffe stehen für Ihre nächste Anwendung zur Verfügung.
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