TY - BOOK

T1 - Entwicklung von Stahl-Keramik Verbunden mit verminderter Dichte

AU - Arth, Gregor

N1 - nicht gesperrt

PY - 2013

Y1 - 2013

N2 - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Herstellung von Stahl-Keramik-Verbundwerkstoffen mit dem Ziel der Dichtereduktion bei gleichbleibender oder verbesserter Steifigkeit gegenüber Stahl. Der Literaturteil beinhaltet vier Themengebiete: 1) Einen Überblick über Herstellwege für Werkstoffverbunde mit dem Schwerpunkt Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe (MMC), 2) die Selektion geeigneter Partikel und die Definition von erfolgsversprechenden Rahmenbedingungen für die Umsetzung in Laborversuchen, 3) die Eigenschaften von Flüssig/Fest-Systemen in Hinblick auf Thixoforming und –casting, und 4) die Benetzbarkeit zwischen Metall und Keramik sowie deren Beeinflussung durch Legierungselemente. Der gewählte Versuchsaufbau basiert auf einem pulvermetallurgischen Konzept. Die Erschmelzung der Metall-Keramik-Pulvermischung erfolgt in einem Tammann-Ofen unter inerter Atmosphäre. Bei diesen Versuchen wird das Verhalten unterschiedlicher Volumenanteile von Keramikpartikeln in einer flüssigen Eisen(bzw. Stahl-)matrix untersucht. Die Beurteilung der Homogenität der erstarrten Proben erfolgt über die lichtmikroskopische Bestimmung der Partikelverteilung in der Matrix. Es zeigt sich, dass sogar Oxide zur Herstellung von Verbunden verwendet werden können wenn die gleichmäßige Dispersion der Partikel zusätzlich gefördert wird. Dies erfolgt durch die Verbesserung der Benetzbarkeit mittels Zugabe von Legierungselementen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Verminderung des Benetzungswinkels durch Legierungselemente zu einer eindeutigen Verminderung der schädlichen Agglomeration und einer Verbesserung der Dispersion führt. Die Verbunde zeigen oberhalb der Liquidustemperatur des Matrixwerkstoffs deutliche Merkmale eines thixotropen Verhaltens. Basierend auf dieser Beobachtung wurden auch Umformversuche im so genannten Pseudo-Semi-Solid-State durchgeführt. Basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeit wird in der Zusammenfassung auf die bestehenden Möglichkeiten zur Herstellung von Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe mit Stählen als Matrixwerkstoff und die mögliche großtechnische Umsetzung eingegangen.

AB - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Herstellung von Stahl-Keramik-Verbundwerkstoffen mit dem Ziel der Dichtereduktion bei gleichbleibender oder verbesserter Steifigkeit gegenüber Stahl. Der Literaturteil beinhaltet vier Themengebiete: 1) Einen Überblick über Herstellwege für Werkstoffverbunde mit dem Schwerpunkt Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe (MMC), 2) die Selektion geeigneter Partikel und die Definition von erfolgsversprechenden Rahmenbedingungen für die Umsetzung in Laborversuchen, 3) die Eigenschaften von Flüssig/Fest-Systemen in Hinblick auf Thixoforming und –casting, und 4) die Benetzbarkeit zwischen Metall und Keramik sowie deren Beeinflussung durch Legierungselemente. Der gewählte Versuchsaufbau basiert auf einem pulvermetallurgischen Konzept. Die Erschmelzung der Metall-Keramik-Pulvermischung erfolgt in einem Tammann-Ofen unter inerter Atmosphäre. Bei diesen Versuchen wird das Verhalten unterschiedlicher Volumenanteile von Keramikpartikeln in einer flüssigen Eisen(bzw. Stahl-)matrix untersucht. Die Beurteilung der Homogenität der erstarrten Proben erfolgt über die lichtmikroskopische Bestimmung der Partikelverteilung in der Matrix. Es zeigt sich, dass sogar Oxide zur Herstellung von Verbunden verwendet werden können wenn die gleichmäßige Dispersion der Partikel zusätzlich gefördert wird. Dies erfolgt durch die Verbesserung der Benetzbarkeit mittels Zugabe von Legierungselementen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Verminderung des Benetzungswinkels durch Legierungselemente zu einer eindeutigen Verminderung der schädlichen Agglomeration und einer Verbesserung der Dispersion führt. Die Verbunde zeigen oberhalb der Liquidustemperatur des Matrixwerkstoffs deutliche Merkmale eines thixotropen Verhaltens. Basierend auf dieser Beobachtung wurden auch Umformversuche im so genannten Pseudo-Semi-Solid-State durchgeführt. Basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeit wird in der Zusammenfassung auf die bestehenden Möglichkeiten zur Herstellung von Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe mit Stählen als Matrixwerkstoff und die mögliche großtechnische Umsetzung eingegangen.

KW - Verbundwerkstoffe

KW - Metal-Matrix-Composites

KW - Eisen

KW - Stahl

KW - Keramik

KW - Partikel

KW - Dichte

KW - E-Modul

KW - Composite Materials

KW - Metal-Matrix-Composites

KW - Iron

KW - Steel

KW - Ceramics

KW - Particles

KW - Density

KW - Youngs-Modulus

M3 - Dissertation

ER -