TY - THES

T1 - Werkstoffliche Charakterisierung einer Messinglegierung in Komponenten des Schwermaschinenbaus

AU - Vollnhofer, Markus

N1 - gesperrt bis 11-09-2029

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Messinglegierungen stellen trotz ihres weit verbreiteten technischen Einsatzes im Gegensatz zu klassischen Konstruktionswerkstoffen wie Stahl oder Aluminium in der Werkstoffkunde nur ein Randthema dar, und die Einflüsse des teils komplexen, mehrphasigen Gefügeaufbaus sind in der Fachliteratur kaum dokumentiert.Diese Arbeit leistet durch eine Gefügecharakterisierung und anschließende Korrelation mit grundlegenden mechanischen Kennwerten einen Beitrag zum besseren Verständnis der mikrostrukturellen Beeinflussung des Werkstoffverhaltens von CuZn-Legierungen. Betrachtet wird die unbekannte Messinggsusslegierung eines Großgussbauteils als Komponente des Schwermaschinenbaus.Hierzu werden metallografische Schliffe angefertigt, kontrastiert und die Gefügebestandteile anhand lichtmikroskopischer Aufnahmen unter Mithilfe von Methoden der chemischen Analyse (Funkenspektrometrie und EDX) identifiziert. Die Gefügeelemente werden im Anschluss mittels (teil-) automatisierter Algorithmen zur Bildaufbereitung und –auswertung hinsichtlich Geometrie (Größe, Morphologie) und deren Verteilung über den Bauteilquerschnitt quantifiziert. Zudem werden quasistatische Zugversuche durchgeführt, und die ermittelten Kennwerte zur Beschreibung des Werkstoffverhaltens herangezogen.Das vorliegende grobkörnige Mehrphasengefüge weist Mikrolunker, Gasporen sowie Eisenausscheidungen unterschiedlicher Morphologie (dendritisch und plattenförmig) auf, welche aufgrund von Seigerungen ungleichmäßig über den Querschnitt verteilt sind. Eine Vorzugsorientierung ist hingegen nicht erkennbar, das Gefüge ist isotrop.Bedingt durch lokal erhöhte Abkühlraten, sowie Schwereseigerung der keimfördernden Eisenausscheidungen zeigen die Schliffe im unteren Querschnittsbereich eine Kornfeinung mit globularen Ausscheidungen der α-Phase, wohingegen im Grobkornbereich nadel- und plattenförmige α-Partikel vorliegen. Es besteht eine starke Korrelation der im Zugversuch ermittelten mechanischen Kennwerte mit den mikrostrukturellen Veränderungen. Im Feinkornbereich, mit dispers verteilten Ausscheidungen, steigen sowohl Festigkeit als auch Bruchdehnung an. Die untersuchte Legierung zeigt durchwegs duktiles Bruchverhalten mit Scherbrüchen in Richtung der maximalen Schubspannung, sowie eine Lokalisierung des Versagens bei Vorhandensein von großen Defekten. Eine separate Betrachtung der Einflüsse einzelner Gefügebestandteile ist anhand der vorliegenden Ergebnisse jedoch nicht möglich und die Bewertung auf tendenzielle Aussagen beschränkt.Die erarbeitete Methodik stellt jedoch durch ihre umfassende Beschreibung der Gefügeelemente und deren Verteilung die Grundlage für weiterführende Untersuchungen zur Beschreibung des Werkstoffverhaltens, und somit zum Verständnis der Wechselwirkung von Herstellbedingungen, Mikrostruktur und Werkstoffeigenschaften beim vorliegenden Material dar und kann für weitere CuZn-Legierungen verwendet werden.

AB - Messinglegierungen stellen trotz ihres weit verbreiteten technischen Einsatzes im Gegensatz zu klassischen Konstruktionswerkstoffen wie Stahl oder Aluminium in der Werkstoffkunde nur ein Randthema dar, und die Einflüsse des teils komplexen, mehrphasigen Gefügeaufbaus sind in der Fachliteratur kaum dokumentiert.Diese Arbeit leistet durch eine Gefügecharakterisierung und anschließende Korrelation mit grundlegenden mechanischen Kennwerten einen Beitrag zum besseren Verständnis der mikrostrukturellen Beeinflussung des Werkstoffverhaltens von CuZn-Legierungen. Betrachtet wird die unbekannte Messinggsusslegierung eines Großgussbauteils als Komponente des Schwermaschinenbaus.Hierzu werden metallografische Schliffe angefertigt, kontrastiert und die Gefügebestandteile anhand lichtmikroskopischer Aufnahmen unter Mithilfe von Methoden der chemischen Analyse (Funkenspektrometrie und EDX) identifiziert. Die Gefügeelemente werden im Anschluss mittels (teil-) automatisierter Algorithmen zur Bildaufbereitung und –auswertung hinsichtlich Geometrie (Größe, Morphologie) und deren Verteilung über den Bauteilquerschnitt quantifiziert. Zudem werden quasistatische Zugversuche durchgeführt, und die ermittelten Kennwerte zur Beschreibung des Werkstoffverhaltens herangezogen.Das vorliegende grobkörnige Mehrphasengefüge weist Mikrolunker, Gasporen sowie Eisenausscheidungen unterschiedlicher Morphologie (dendritisch und plattenförmig) auf, welche aufgrund von Seigerungen ungleichmäßig über den Querschnitt verteilt sind. Eine Vorzugsorientierung ist hingegen nicht erkennbar, das Gefüge ist isotrop.Bedingt durch lokal erhöhte Abkühlraten, sowie Schwereseigerung der keimfördernden Eisenausscheidungen zeigen die Schliffe im unteren Querschnittsbereich eine Kornfeinung mit globularen Ausscheidungen der α-Phase, wohingegen im Grobkornbereich nadel- und plattenförmige α-Partikel vorliegen. Es besteht eine starke Korrelation der im Zugversuch ermittelten mechanischen Kennwerte mit den mikrostrukturellen Veränderungen. Im Feinkornbereich, mit dispers verteilten Ausscheidungen, steigen sowohl Festigkeit als auch Bruchdehnung an. Die untersuchte Legierung zeigt durchwegs duktiles Bruchverhalten mit Scherbrüchen in Richtung der maximalen Schubspannung, sowie eine Lokalisierung des Versagens bei Vorhandensein von großen Defekten. Eine separate Betrachtung der Einflüsse einzelner Gefügebestandteile ist anhand der vorliegenden Ergebnisse jedoch nicht möglich und die Bewertung auf tendenzielle Aussagen beschränkt.Die erarbeitete Methodik stellt jedoch durch ihre umfassende Beschreibung der Gefügeelemente und deren Verteilung die Grundlage für weiterführende Untersuchungen zur Beschreibung des Werkstoffverhaltens, und somit zum Verständnis der Wechselwirkung von Herstellbedingungen, Mikrostruktur und Werkstoffeigenschaften beim vorliegenden Material dar und kann für weitere CuZn-Legierungen verwendet werden.

KW - Gussmessing

KW - Metallografie

KW - Mehrphasengefüge

KW - Zugversuch

KW - Gefügecharakterisierung

KW - Großguss

KW - cast brass

KW - metallography

KW - tensile test

KW - microstructural characterisation

KW - mult-phase structure

KW - heavy casting

M3 - Masterarbeit

ER -