AF-9628 ein in AFRL entwickelter hochfester und kostengünstiger Stahl

Teile, die mit AF-9628, einem Luftwaffenstahl, additiv hergestellt wurden, sind in Bezug auf die Zugfestigkeit etwa 20 Prozent fester als herkömmliche AM-Legierungen. Dies geht aus Untersuchungen von Capt. Erin Hager hervor, einer Mitarbeiterin des Luftwaffenforschungslabors und Absolventin von das Aerospace Engineering Program des Air Force Institute of Technology.

AF-9628 ist eine Stahllegierung, die von Dr. Rachel Abrahams von AFRL entwickelt wurde und sich durch hohe Festigkeit und Zähigkeit auszeichnet. Die Formel mit dem Spitznamen Rachel’s Steel kostet weniger als einige andere Hochleistungsstahllegierungen, darunter Eglin Steel und HP-9-4-20. Es ist jedoch teurer als herkömmliche Munitionssorten. AF-9628 ist einzigartig, da es kein Wolfram wie Eglin Steel oder Cobalt enthält, das Teil der Formel für HP-9-4-20 ist, die im Massive Ordnance Penetrator enthalten ist, einer 30.000-Pfund-Bombe, die strategische Ziele in geschützte Einrichtungen zerstört.

Hagers Forschung, die von der Air Force Research Laboratory Munitions-Direktion bei Eglin AFB, Florida, gesponsert wurde, ergab, dass AF-9628 aufgrund seiner hohen Festigkeit ein optimales Material für die additive Fertigung ist. Während diese Ergebnisse mit Werten vergleichbar sind, die in einer ähnlichen US-Army Combat Capabilities Development-Studie des Army Research Laboratory berichtet wurden, lieferte Hager ähnliche mechanische Eigenschaften wie herkömmlich geschmiedetes und wärmebehandeltes AF-9628. Dr. Sean Gibbons, ein Ingenieur für Forschungsmaterialien bei der Munitionsdirektion mit Fachkenntnissen in Stahl, beschreibt diesen Befund als „aufregend“.

In der Zusammenarbeit mit Rachel’s Steel verwendete Hager die Pulverbettfusion, eine Art additive Fertigung, bei der ein Laser Pulver selektiv in einem Muster schmilzt, um dreidimensionale Objekte zu erzeugen. Wenn jede Schicht fertig ist, gibt der Drucker mehr Pulver auf die Aufbaufläche aus und der Vorgang wird fortgesetzt, bis das Teil fertig ist.

Hager lieferte die chemische Zusammensetzung von AF-9628-Stahl an Powder Alloy Corp., einen Hersteller in Cincinnati, Ohio. Sobald sie das Pulver erhalten hatte und feststellte, dass es vorhersehbar in der Maschine geschmolzen war, machte sie sich an die Herstellung tatsächlicher Testartikel. Nach dem Drucken verschiedener Teile analysierte sie die resultierende Porosität, Festigkeit und Schlagzähigkeit.

Nachdem sie erfolgreich einfache Teile hergestellt hatte, begann Hager, komplexe Entwürfe einschließlich mehrerer komplizierter Projektile zu drucken. Sie verwendete zwei Maschinen bei AFIT und druckte ungefähr 130 Artikel, darunter 30 kleine Zylinder, 60 größere Zylinder, 20 Zugstangen und 20 Schlagproben.

Die Munitionsdirektion des AFRL führt weitere Forschungsarbeiten mit additiv hergestellter Munition durch. Ziel ist es, Munition mit präzisen Fragmentierungs- und Explosionsdruckprofilen herzustellen, die Kollateralschäden minimieren.