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Die Additive Fertigung (AM) von Superlegierungen auf Nickel-Basis hat sich als vielversprechende Methode für die Herstellung komplexer Bauteile mit maßgeschneiderten Eigenschaften erwiesen. Eine große Herausforderung im Zusammenhang mit dem Herstellungsprozess ist jedoch die Bildung von extrem kleinen Körnern (Abbildung a), die zu schlechteren mechanischen Eigenschaften führen können. Additiv gefertigte Bauteile aus Superlegierungen auf Nickel-Basis weisen bei Herstellung aufgrund der schnellen Erstarrungsraten und hohen Abkühlungsraten während des Prozesses häufig feinkörnige und gleichachsige Kornstrukturen auf. Die geringe Korngröße wird durch Parameter wie Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Pulvereigenschaften und Wärmebehandlungsbedingungen beeinflusst. Unzureichende Wärmeenergie und begrenzte Diffusionszeit während der Erstarrung tragen zur Bildung kleiner Körner bei. Außerdem kann die Verteilung der γ'-Ni3Al-Ausscheidungen, die wesentlich zur Festigkeit und thermischen Stabilität der Legierung beitragen, während der Fertigung beeinträchtigt werden. Die γ'-Ausscheidungen bilden sich in der Legierungsmatrix und sorgen für eine Verfestigung durch Partikelhärtungsmechanismen. Die lokale Erwärmung und Abkühlung während der Fertigung kann jedoch die Größe, Morphologie und Verteilung der γ'-Ausscheidungen verändern, was zu einer ungleichmäßigen Verteilung oder sogar Auflösung dieser Verfestigungsphasen führt. Das Vorhandensein von sehr kleinen Körnern in additiv hergestellten Superlegierungen auf Nickel-Basis kann sich nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften auswirken, insbesondere auf die Hochtemperatureigenschaften wie die Kriechfestigkeit. Um die negativen Auswirkungen der geringen Korngröße zu mildern, wurden verschiedene Ansätze untersucht. Die Optimierung der Bearbeitungsparameter, wie z. B. die Anpassung der Laserleistung und der Scangeschwindigkeit, kann dazu beitragen, das Wachstum größerer Körner während der Erstarrung zu fördern. Nachbehandlungen, einschließlich Wärmebehandlungen (Abbildung c), können eingesetzt werden, um ein kontrolliertes Kornwachstum herbeizuführen und das Mikrogefüge zu verfeinern (Abbildung b), wodurch die mechanischen Eigenschaften verbessert werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Vorhandensein von zu kleinen Körnern in additiv hergestellten Superlegierungen auf Nickel-Basis eine erhebliche Herausforderung für die Erzielung der gewünschten mechanischen Eigenschaften darstellt. Das Verständnis der Faktoren, die die Korngröße beeinflussen, und die Entwicklung von Strategien zur Kontrolle und Optimierung des Kornwachstums sind entscheidend für die Verbesserung der Leistung und Zuverlässigkeit dieser Legierungen. Kontinuierliche Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen sind notwendig, um diese Beschränkung zu überwinden und das Potenzial von additiv hergestellten Superlegierungen auf Nickel-Basis in anspruchsvollen Anwendungen voll auszuschöpfen.