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T1 - Optimierung der mechanischen und gießtechnologischen Eigenschaften der Sekundärgusslegierung A226

AU - Pucher, Philip

N1 - gesperrt bis 15-03-2016

PY - 2011

Y1 - 2011

N2 - Die Herstellung von Aluminium-Gusslegierungen erfolgt zunehmend über die Sekundärroute anstatt dem kostenintensiveren Weg der Primärmetallurgie. Der hohe Energiebedarf, welcher zur Erzeugung von Primäraluminium aufzuwenden ist, aber auch die Notwendigkeit, Reststoffe aufzuarbeiten, Abfälle und Emissionen zu vermeiden und Deponien zu entlasten, führten in den letzten Jahren zu einem deutlichen Anstieg der Sekundäraluminiumproduktion. Die am häufigsten, kommerziell eingesetzte Sekundärgusslegierung A226 (Kokillenguss-Variante AlSi8Cu3, Druckgussvariante AlSi9Cu3) besitzt ein sehr breites Toleranzfenster an erlaubten Legierungselementen. Dies bietet in erster Linie die Möglichkeit, viele verschiedene Schrottarten für die Produktion der Legierung zu verwenden, birgt jedoch die Gefahr, dass bei Unkenntnis der komplexen Wirkungsweise der Legierungselemente signifikante Schwankungen der Gießbarkeit bzw. der mechanischen Eigenschaften auftreten können, welche sich auf die Prozessstabilität und somit direkt auf die Bauteilqualität auswirken. Als übergeordnete Zielstellung galt es im Rahmen dieser Arbeit die mechanischen und gießtechnologischen Eigenschaften der Sekundärgusslegierung A226 innerhalb ihrer Normtoleranz zu evaluieren und zu verbessern. Aus diesem Grund wird einleitend ein kurzer Überblick von der Wirkungsweise der möglichen Legierungselemente in Al-Si-Gusslegierungen, der Betrachtung der möglichen entstehenden intermetallischen Phasen und der signifikant wirkenden Einflussfaktoren auf mechanische Eigenschaften gegeben. Die Grundlage für die experimentellen Untersuchungen bilden industrienahe Kokillengussexperimente, aus denen mechanische als auch gießtechnologische Kennwerte eruiert und beurteilt werden können. Die Kennwerte für die Streckgrenze variierten dabei zwischen 110 und 400 MPa, bei Dehnungswerten von 0,35 bis 7 %. Das Fließvermögen konnte innerhalb der Legierungstoleranz um das Doppelte gesteigert werden. Neben der Evaluierung des Leistungsprofiles der Legierung A226 stand auch die Entwicklung eines Legierungsdesigns für duktile Sekundärgusslegierungen auf Basis dieses Legierungssystems im Mittelpunkt, welches sich auf reale Gussteile adaptieren lässt. Dabei sind unter den hier angewandten Versuchsparametern, Bruchdehnungen im Zustand T6 bis knapp 20 % erzielt worden. Den Abschluss des experimentellen Teils bilden Untersuchungen zum Korrosionsverhalten, um mögliche weitere Einsatzgebiete im Automobilbereich zu finden. Dabei konnte die Annahme bestätigt werden, dass Cu den signifikantesten Einfluss besitzt und bei Gehalten zwischen 0,3 – 0,6 % eine Intensitätsänderung des Korrosionsangriffes hervorruft. Auf Basis der hier durchgeführten experimentellen Untersuchungen war es möglich, ein Software-Tool, den AMAG TopCast® Alloy Designer, zu generieren, womit bei Kenntnis der chemischen Zusammensetzung eine Prognose der mechanischen als auch gießtechnologischen Eigenschaften erstellbar ist.

AB - Die Herstellung von Aluminium-Gusslegierungen erfolgt zunehmend über die Sekundärroute anstatt dem kostenintensiveren Weg der Primärmetallurgie. Der hohe Energiebedarf, welcher zur Erzeugung von Primäraluminium aufzuwenden ist, aber auch die Notwendigkeit, Reststoffe aufzuarbeiten, Abfälle und Emissionen zu vermeiden und Deponien zu entlasten, führten in den letzten Jahren zu einem deutlichen Anstieg der Sekundäraluminiumproduktion. Die am häufigsten, kommerziell eingesetzte Sekundärgusslegierung A226 (Kokillenguss-Variante AlSi8Cu3, Druckgussvariante AlSi9Cu3) besitzt ein sehr breites Toleranzfenster an erlaubten Legierungselementen. Dies bietet in erster Linie die Möglichkeit, viele verschiedene Schrottarten für die Produktion der Legierung zu verwenden, birgt jedoch die Gefahr, dass bei Unkenntnis der komplexen Wirkungsweise der Legierungselemente signifikante Schwankungen der Gießbarkeit bzw. der mechanischen Eigenschaften auftreten können, welche sich auf die Prozessstabilität und somit direkt auf die Bauteilqualität auswirken. Als übergeordnete Zielstellung galt es im Rahmen dieser Arbeit die mechanischen und gießtechnologischen Eigenschaften der Sekundärgusslegierung A226 innerhalb ihrer Normtoleranz zu evaluieren und zu verbessern. Aus diesem Grund wird einleitend ein kurzer Überblick von der Wirkungsweise der möglichen Legierungselemente in Al-Si-Gusslegierungen, der Betrachtung der möglichen entstehenden intermetallischen Phasen und der signifikant wirkenden Einflussfaktoren auf mechanische Eigenschaften gegeben. Die Grundlage für die experimentellen Untersuchungen bilden industrienahe Kokillengussexperimente, aus denen mechanische als auch gießtechnologische Kennwerte eruiert und beurteilt werden können. Die Kennwerte für die Streckgrenze variierten dabei zwischen 110 und 400 MPa, bei Dehnungswerten von 0,35 bis 7 %. Das Fließvermögen konnte innerhalb der Legierungstoleranz um das Doppelte gesteigert werden. Neben der Evaluierung des Leistungsprofiles der Legierung A226 stand auch die Entwicklung eines Legierungsdesigns für duktile Sekundärgusslegierungen auf Basis dieses Legierungssystems im Mittelpunkt, welches sich auf reale Gussteile adaptieren lässt. Dabei sind unter den hier angewandten Versuchsparametern, Bruchdehnungen im Zustand T6 bis knapp 20 % erzielt worden. Den Abschluss des experimentellen Teils bilden Untersuchungen zum Korrosionsverhalten, um mögliche weitere Einsatzgebiete im Automobilbereich zu finden. Dabei konnte die Annahme bestätigt werden, dass Cu den signifikantesten Einfluss besitzt und bei Gehalten zwischen 0,3 – 0,6 % eine Intensitätsänderung des Korrosionsangriffes hervorruft. Auf Basis der hier durchgeführten experimentellen Untersuchungen war es möglich, ein Software-Tool, den AMAG TopCast® Alloy Designer, zu generieren, womit bei Kenntnis der chemischen Zusammensetzung eine Prognose der mechanischen als auch gießtechnologischen Eigenschaften erstellbar ist.

KW - A226

KW - AlSi9Cu3(Fe)

KW - Aluminium Gusslegierung

KW - mechanische Eigenschaften

KW - gießtechnologische Eigenschaften

KW - A226

KW - AlSi9Cu3(Fe)

KW - aluminium foundry alloy

KW - mechanical properties

KW - casting properties

M3 - Dissertation

ER -