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Vortrag

Einfluss der Prozessparameter auf das Eindringverhalten der Verstärkungsphase beim Verbundstrahlen zur Herstellung randschichtverstärkter MMCs

Donnerstag (27.06.2019)
16:00 - 16:20 Uhr

Das Verbundstrahlen beschreibt einen modifizierten Prozess auf der Basis des Mikrostrahlens. Durch diesen Prozess können gezielt keramische Partikel in randschichtnahe Bereiche metallischer Grundwerkstoffe eingebracht werden. Der mit dem Verbundstrahlen hergestellte Verbundwerkstoff verspricht ein hohes Anwendungspotential für leichte, verschleißfeste und zyklisch beanspruchte Strukturbauteile. Von einer wesentlichen Verbesserung der thermischen Stabilität gegenüber konventionellen Randschichtverfestigungsverfahren ist durch die Verwendung keramischer Verstärkungspartikel auszugehen. Des Weiteren bietet das Verbundstrahlen die Möglichkeit kostengünstig Bauteile auch nachträglich in hoch belasteten Randbereichen zu verstärken.

Partikelverstärkte Metallmatrixverbunde mit einer lokalen Gradierung (Functionally Graded Metal Matrix Composites – FGMMC) zeichnen sich durch eine Vielzahl von unterschiedlichen Attributen, wie die Materialkombination, Partikeldichte, Partikelgradient und Partikelgröße und einem daraus resultierenden großen Eigenschaftsspektrum aus.

Als Materialkombination wurde technisch reines Aluminium als Modelwerkstoff und Matrixmaterial und Aluminiumoxid als Strahlmittel, bzw. Verstärkungswerkstoff ausgewählt. Zudem wurden auch weitere Strahlmittel wie Siliciumcarbid und Wolframcarbid untersucht. Der Einfluss auf die Partikeldichte und den Partikelgradienten erfolgte über eine Variation der Prozessparameter, wie die Prozesstemperatur und den Strahldruck. Die maximale Eindringtiefe von knapp 25 µm konnte dabei bei hohen homologen Temperaturen beobachtet werden. Ebenfalls wurde durch Licht- und Rasterelektronenmikroskopie klar, dass die keramischen Partikel beim Aufprall auf die Oberfläche des Strahlguts brechen und so die Ausgangsgröße der Partikel von ursprünglich 10 µm noch einmal drastisch verringert wird, was gerade bei schwingender Beanspruchung vielversprechende Ergebnisse in Aussicht stellt. Um offene Strukturen zu schließen und die Rauheit zu verringern wurden die Proben anschließend festgewalzt.

Die mechanische Charakterisierung erfolgte durch Biegeversuche. Dabei konnte, wie erwartet, eine Steigerung der Steifigkeit des Verbundmaterials gegenüber dem Ausgangsmaterial beobachtet werden.

 

Sprecher/Referent:
M.Sc. Michael Seitz
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Kay André Weidenmann
    Karlsruher Institut für Technologie (KIT)