Crossover alloys: a new approach for future aluminum alloys

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Autoren

Abstract

In den letzten Jahrzehnten hat die beschleunigte Entwicklung des Verkehrs- und Verkehrssektors zu ständig steigenden Schadstoffemissionen und erheblichen Veränderungen des globalen Klimas geführt. Obwohl das zunehmende politische Bewusstsein und die wirtschaftliche Notwendigkeit die Forschung und Entwicklung in diesen Sektoren deutlich intensiviert hat, sind die derzeit verfügbaren Technologien immer noch nicht ausreichend in der Lage, diese Herausforderung zu bewältigen. Eine Möglichkeit, den Energieverbrauch zu senken und somit das Niveau der schädlichen Emissionen zu reduzieren, sind signifikante Optimierungen im Fahrzeugdesign, welche stark mit den verwendeten Werkstoffen verbunden sind. Momentan limitieren verschiedene betriebliche Anforderungen und technische Kriterien (insbesondere jene hinsichtlich Festigkeit und Duktilität) die Optimierung bestehender Leichtbaukonzepte, da kommerzielle Aluminiumlegierungen ein nur eingeschränktes Eigenschaftsportfolio aufweisen. Die daraus resultierende Nutzung verschiedener Materialien schränkt die Recyclingfähigkeit und damit die potentielle Verbesserung des ökologischen Fußabdrucks erheblich ein. Der Schwerpunkt dieser Forschungsarbeit liegt daher auf der Verbesserung des Festigkeits-Duktilitäts-Kompromisses durch die Entwicklung eines dementsprechenden Legierungskonzepts auf Grundlage eines neuartigen Designansatzes, welcher vorteilhafte Materialeigenschaften von bereits bestehenden Aluminiumlegierungen oder Legierungsklassen durch Legierungsdesign zu kombinieren vermag. Basierend auf dem gewählten Designansatz, einer umfangreichen Literaturrecherche und thermodynamischen Berechnungen wurde eine neue Klasse von Legierungen, jene der Crossover-Legierungen, entwickelt, vertiefend untersucht und charakterisiert. Die experimentellen Tätigkeiten umfassen die Entwicklung eines angemessenen Verarbeitungskonzepts, die Bewertung der Härtungs- und Umformfähigkeit in verschiedenen Zuständen und eingehende Untersuchungen der zugrunde liegenden Mikrostruktur. Durch das abgestimmte Legieren von ausscheidungsbildenden Elementen wie Zn und Cu zu gewöhnlicherweise nicht aushärtbaren AlMg-Legierungen ist es möglich, die Kaltverfestigung der Legierungen sowohl in weichem als auch ausgehärtetem Zustand zu erhöhen und ein Festigkeitsniveau von bis zu 470 MPa einzustellen. Durch Feinabstimmung der Legierungszusammensetzung und Optimierung der Wärmebehandlung kann die Härtung entsprechend der vorgesehenen Anwendung adaptiert werden. Im Zuge dieser Arbeit konnte bestätigt werden, dass der Ansatz der „Crossover-Legierungen geeignet ist, um den Festigkeits-Duktilitäts-Kompromiss deutlich zu verbessern jedoch ist weiterführende Forschung erforderlich, um das Potenzial dieser Legierungen voll auszuschöpfen. Als wesentlichster Schwerpunkt wird die industrielle Etablierung und die damit verbundenen Herausforderungen angesehen.

Details

Titel in ÜbersetzungCrossover-Legierungen: Ein neuer Ansatz für zukünftige Aluminiumlegierungen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2021