Kriechverhalten von AL-Metall Matrix Verbundwerkstoffen

01.04.2007 - 31.03.2010
Forschungsförderungsprojekt
Anspruchsvolle, technische Anwendungen von Konstruktionswerkstoffen erfordern Eigenschaftsprofile wie niedriges Gewicht, hohe Steifigkeit, Festigkeit und Zähigkeit, gute thermische und elektrische Leitfähigkeit, ausreichende Beständigkeit gegen Korrosion, sowie gegen Ermüdungs- und Temperaturbelastung. Das Ziel der Entwicklung von Metall-Matrix Verbundwerkstoffen (MMCs) in den letzten Jahrzehnten war, diese Eigenschaftskombination an die Gebrauchsanforderungen anzupassen. Unterschiedliche Legierungen als Matrix, sowie unterschiedliche Arten, Geometrien und Architekturen der Verstärkungskomponenten ergeben Verbesserungen gegenüber konventionellen Legierungen, aber auch Nachteile, vor allem in der Wirtschaftlichkeit. Al-MMCs mit diskontinuier-licher, keramischer Verstärkung werden für High-Tech Anwendungen eingesetzt, da sie hohe spezifische mechanische Eigenschaften wie E-Modul und Festigkeit anbieten, aber auch relativ kostengünstig hergestellt werden können. Die Temperaturbeständigkeit von Al-MMCs erscheint weiterhin verbesserungsfähig, wenn das zugrundeliegende Verständnis der heterogenen, thermischen Aktivierung vertieft wird. Die Kriechbeständigkeit dieser Verbundwerkstoffe ist von der örtlichen Verteilung der inneren Spannungen abhängig, also hauptsächlich von Volumenanteil, Grösse, Form und Architektur der nicht plastifizierenden Verstärkung. Die Fachliteratur sowie eigene Unter-suchungen zeigen, dass keramische Kurzfasern eine Erhöhung der Kriechbeständigkeit gegenüber der unverstärkten Matrix aufweisen, während keramische Partikeln eine Verschlechterung verursachen können. Das Ziel des vorliegenden Projektes ist ein grundlegendes und allgemein anwendbares Verständnis des Langzeit-Kriechverhaltens von diskontinuierlich verstärkten MMCs zu erarbeiten, um das Optimierungspotential auszuloten. Experimentelle Untersuchungen werden an Modell-werkstoffen, die in Zusammenarbeit mit internationalen Kooperationspartnern hergestellt werden, und an MMCs durchgeführt, die kommerziellen Varianten entsprechen: 1) eine unverstärkte und partikelverstärkte Al-Cu Legierung mit 2 unterschiedlichen Partikelsorten und mit verchiedenen Volumenanteilen und Verstärkungsgrößen. 2) unverstärkte und Al2O3-kurzfaserverstärkte Al-Si Legierungen, um den Effekt der Kurzfasern und ihrer dreidimensionalen Verkettung durch eutektisch erstarrtes Si zu studieren. Vor und im Laufe der Kriechexperimente werden die Materialien mittels E-Modul Messungen, Zugversuchen bei erhöhter Temperatur, Mikrokalorimetrie (DSC), Dilatometrie und Metallographie charakterisiert. Die während Abkühlung von der Herstellungstemperatur induzierten innere Spannungen und Poren, sowie deren Änderung bis zum Versagen während der Kriechprüfungen werden mittels Neutronen- und Synchrotrondiffraktometrie, sowie mittels Röntgen- und Synchrotron-Computer-Tomographie untersucht. Die experimentellen Untersuchungsergebnisse liefern einerseits die Eingabedaten für die Modellierung des Kriechverhaltens der untersuchten MMCs, andererseits dienen sie zur Verifizierung der Ergebnisse der Modellrechnung und zur Prognose des Verbesserungspotenzials.

Personen

Projektleiter_in

Projektmitarbeiter_innen

Institut

Förderungsmittel

  • Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)

Forschungsschwerpunkte

  • Computational Science and Engineering
  • Materials and Matter

Schlagwörter

DeutschEnglisch
Metal Matrix Verbundwerkstoffemetal matrix composites
Kurzfaservertärkte MetallenShort fibre reinforced metals
Innere SpannungenInternal Stresses
KriechenCreep
Teilchenverstärkte MetallenParticle Reinforced Metals