Influence of Laser Power and Scan Speed on the Formation of Hot Cracks during the Processing of High-speed Steel HS2-2-2 by Laser Powder Bed Fusion

The manufacturing of high-speed steel (HSS) components using the laser powder bed fusion (LPBF) process could create an unprecedented combination of the materials’ mechanical properties and the design freedom enabled by the process to unlock new applications, such as milling heads with functionally optimized cooling channels. However, the processing of HSS with the LPBF process shows high susceptibility to cracking. This contribution aims to reduce hot cracking for the processing of HS2-2‑2 by investigating the influences of preheating temperature, laser power, and scan speed on the formation of hot cracks. The density and melt pool geometry of the produced parts are measured to further examine the relationship between the processing conditions and the resulting properties. The influence of various process parameters on the formation of hot cracks can be demonstrated. Further investigation shows a relation between hot cracking and the melt pool geometry. With a narrow and shallow melt pool, influenced by laser power and scan speed, the number of hot cracks can be reduced.

Die Herstellung von Bauteilen aus Schnellarbeitsstahl (HSS) mit dem Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Verfahren könnte eine noch nie dagewesene Kombination aus den mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs und der durch das Verfahren ermöglichten Designfreiheit schaffen, die neue Anwendungen wie Fräsköpfe mit funktionsoptimierten Kühlkanälen ermöglicht. Die Verarbeitung von HSS mithilfe des LPBF-Verfahrens ist jedoch aufgrund einer hohen Anfälligkeit für Risse problematisch. Ziel dieser Studie ist es, die Heißrissbildung bei der Verarbeitung von HS2-2‑2 zu reduzieren, indem der Einfluss von Vorheiztemperatur, Laserleistung und Scangeschwindigkeit auf die Bildung von Heißrissen untersucht wird. Die Dichte und die Schmelzbadgeometrie der hergestellten Teile werden gemessen, um den Zusammenhang zwischen den Prozessbedingungen und den resultierenden Eigenschaften weiter zu untersuchen. Der Einfluss verschiedener Prozessparameter auf die Bildung von Heißrissen kann nachgewiesen werden. Weitere Untersuchungen zeigen einen Zusammenhang zwischen der Heißrissbildung und der Schmelzbadgeometrie. Mit einem schmalen und flachen Schmelzbad, das von der Laserleistung und der Scangeschwindigkeit beeinflusst wird, kann die Anzahl der Heißrisse reduziert werden.