Microstructure design of cast Al alloys for high temperature

01.11.2010 - 31.01.2013
Research funding project
Gegenüber Ti- und Mg-Legierungen gewinnen Aluminiumlegierungen zunehmend an Bedeutung als kostengünstigerer Leichtwerkstoff mit ausgezeichneten Eigenschaften. Insbesonders Al-Si-Gussteile werden in der Automobil- und Luftfahrtsindustrie zunehmend eingesetzt. Gusslegierungen mit >7 Gew% Si bilden Eutektika aus dreidimensionalen (3D) Si-Netzwerken, die in die duktile Al-Matrix eingebettet sind. Die in sich verbundene, keramische Si-Struktur im Eutektikum bewirkt eine Festigkeitserhöhung durch die Lastumverteilung von der Al-Matrix zum Si-Netzwerk. Das Zulegieren von Übergangselementen wie Ni und Cu erhöht die Warmfestigkeit von Al-Si-Legierungen durch die Bildung temperaturbeständiger intermetallischer Phasen. Der Antragsteller konnte jüngst zeigen, dass schon 1Gew% Ni zusätzlich zum eutektischen Si dreidimensional zusammenhängende Strukturen bilden kann. Darüberhinaus verschränken sich beide hochfesten Phasen zu einer weitreichenden, hybriden 3D-Struktur. Die Kontiguität zwischen den Aluminiden und dem Si bleibt bei Lösungsglühbehandlungen erhalten und verhindert die Einformung des eutektischen Si, wie sie in Ni-freien Al-Si-Legierungen beobachtet wird. Die komplexe, hybride 3D-Struktur ist unterhalb der eutektischen Temperatur thermisch stabil. Die thermomechanischen Eigenschaften dieser Legierungen werden von der geometrischen Anordnung der verstärkenden Phasen geprägt. Die Festigkeitserhöhung durch zusammenhängende Netzwerke der steifen Phasen ist bei erhöhten Temperaturen besonders stark, wenn die Fließgrenze der Al-Matrix sinkt und die Last hauptsächlich von den Verstärkungsphasen getragen wird. Die Bestimmung des Potenzials der temperaturabhängigen Lastübertragung auf die Si-Struktur und die intermetallischen Phasen stellt eine werkstoffwissenschaftliche Herausforderung dar, die die Beschreibung der 3D-Architektur der Phasenanordnung voraussetzt. Mit dem Ziel der Verbesserung der Warmfestigkeit der Al-Si-Legierungen stellt sich das Projekt folgende Forschungsaufgaben: a) Charakterisierung der Wechselbeziehung zwischen eutektischem Si und den Aluminiden der Elemente Fe, Ni, Cu und Si nach verschiedenen Wärmebehandlungen, um mittels neuer tomografischer Methoden die Architektur dieser steifen Phasen zu beschreiben. b) Bestimmung der Temperaturbeständigkeit der 3D Verstärkungsstrukturen und ihrer Lastübernahmekapazität mittels in situ Messungen der inneren Spannungen mit Röntgen- und/oder Neutronendiffraktion.

People

Project leader

Project personnel

Institute

Förderungmittel

  • FWF - Österr. Wissenschaftsfonds (National) Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)

Research focus

  • Materials Characterization: 100%

Keywords

GermanEnglish
Al-Si GusslegierungenAl-Si cast alloys
Synchrotron Tomographiesynchrotron tomography
3D Mikrostruktur3D microstructure
Lastaufteilungload partition
Aluminidealuminides

Publications