Investigation of the Interface Reaction of Al and Binary Al-alloys on Mild Steel Substrates for Al Compound Casting

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Die Vorgaben von Politik und auch von den Fahrzeugherstellern für Gewichtsreduktion und Produktionskostenminimierung zukünftiger Transportfahrzeuge werden immer strenger. Aus diesem Grund gewinnt das Konzept des Multi-Material-Mixes immer mehr an Bedeutung. In diesem Kontext sind Aluminium-Stahl-Verbunde, welche durch Verbundguss (Stahl-Insert mit Aluminium umgossen) hergestellt werden, aufgrund ihres hohen Einsparungspotenzials bei gleichzeitiger Funktionsintegration von besonders großem Interesse. Ein wichtiger und kritischer Aspekt dieser Verbundgussteile ist die Ausbildung intermetallischer Phasen (IMP) an der Grenzfläche vom Stahl zum Aluminium. Sowohl die genaue Ausprägung der möglichen IMPs als auch deren Bildungskinetik ist noch nicht ganz verstanden und verlangt daher nach einer systematischen Untersuchung. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Bildung der intermetallischen Phasen an der Grenzfläche von Stahl zu Aluminium und Aluminiumlegierungen. Ziel dabei war es, die auftretenden Phasen zu bestimmen, die Bildungskinetik zu charakterisieren und nach Möglichkeit die Phasenbildung in Abhängigkeit der Zeit zu modellieren. Aus diesem Grund wurde nach der Herstellung von definierten Phasen im Labor zur Kalibrierung verschiedene experimentelle Methoden zur Phasenbildung angewendet: •Schwerkraftkokillenguss mit unterschiedlichen Al-Fe-Massenverhältnissen •Benetzungsepxerimenten in einer sauerstoffarmen Atmosphäre •Eintauchversuche in Reinaluminium, binären und kommerzielle Legierungen •Squeeze Casting von Inserts im industrienahen Umfeld Das System Al-Si, welches im Formgussbereich dominierend ist, besitzen komplexeste Phasenausprägungen mit vielen unterschiedlichen, gleichzeitig auftretenden Phasen im Interface, wie etwa Fe2(Al,Si)5 (η), FeAl4Si (τ6), Fe2Al2Si (τ1) und Fe3Al4Si2 (τ3). Dies führt unter anderem auch zu einer geringeren Schichtdicke, was sich negativ auf die Anbindung im industriellen Umfeld auswirkt. Im Rahmen der Arbeiten konnte aber auch gezeigt werden, dass eine chemische Verbindung zusätzlich zu Formschluss und Kraftschluss dem Verbund weitere Festigkeit verleihen kann, je nach Legierungssystem min. 5 MPa (Al-7Si) bis max. 24 MPa (Al-7Zn). Abschließend werden dem Anwender praxisnahe Tipps und Parameter gegeben, wie im industriellen Umfeld ein stoffschlüssiger Verbund am günstigsten zu erreichen ist.

Details

Titel in ÜbersetzungUntersuchungen zur Zwischenschichtreaktion von Al und binären Al-Legierungen mit niedriglegierten Stahleinsätzen bei Aluminium-Stahl Verbundguss
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2012