Propeller für den Antrieb großer Schiffe erreichen heute nicht selten ein Gewicht von über hundert Tonnen bei einem Durchmesser von über zehn Metern. Die Herstellung dieser großen Bauteile erfolgt durch Abguss des flüssigen Metalls in eine Form aus Quarzsand, in der die Schmelze langsam erstarrt. Beim Propellerdesign kann die Anzahl und Steigung der Flügel variieren, letztlich beschreiben alle Entwürfe eine Geometrie mit zunehmender Wandstärke von der Flügelspitze zu der Flügelwurzel. Die Abkühlung der Schmelze erfolgt in der dünnwandigen Flügelspitze deutlich schneller und führt zu einem feinkörnigeren Gefüge mit höherer mechanischer Festigkeit als in den dickwandigeren Bereichen der Flügelmitte bis zur Flügelwurzel. Hier entsteht ein grobkörniges Ge-füge mit entsprechend reduzierten Festigkeitswerten. Der Einfluss dieser Dimensionsunterschiede ist maßgeblich für die festigkeitsrelevante Auslegung der Propellergeometrie und wurde in dieser Arbeit realitätsnah abgebildet. Als Propellerwerkstoff wurde die Mehrstoffaluminiumbronze CuAl10Fe5Ni5-C gewählt, die weltweit am häufigsten für große Schiffspropeller eingesetzt wird. Die Legierungszusammensetzung ist von der „International Association of Classification Societies“ unter der Bezeichnung CU3 genormt und hat sich für den Einsatz im maritimen Sektor empirisch bewährt. Dennoch soll in dieser Arbeit herausgefunden werden ob durch Ausnutzung des relativ breiten „Legierungsfensters“ der Norm eine weitere Optimierung der Materialeigenschaften bewirkt werden kann. Der Fokus liegt auf den Legierungselemente Eisen, Nickel und Mangan, die in hohem Maße die Ausbildung der komplexen Gefügestruktur beeinflussen.
Aktualisiert: 2020-07-01
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