In der vorliegenden Arbeit wurden multi-principal element alloys mit den Hauptelementen Al, Cr, Fe, Ni und Ti hergestellt und bezüglich ihrer Materialeigenschaften analysiert. Auf Grund der besonderen Elementkombination wurde eine pulvermetallurgische Herstellung durch mechanisches Legieren und heiß-isostatisches Pressen verfolgt. Dabei wurde der Einfluss einzelner Herstellungsparameter auf die Mikrostruktur und die Materialeigenschaften betrachtet und erhaltene Erkenntnisse zur Optimierung der Herstellungsroute genutzt. Im Anschluss wurde der Fokus auf die Beeinflussung der Materialeigenschaften durch die chemische Zusammensetzung, bei konstanten Herstellungsparametern, gelegt. Dabei fand eine bewusste, schrittweise Änderung der äquimolaren Zusammensetzung von AlCrFeNiTi zur chemischen Zusammensetzung der etablierten Ni-Basis Superlegierung Inconel®718 statt. Umfangreiche Analysen durch Mikroskopie, Dilatometrie, Hochenergetischer Röntgendiffraktometrie, Neutronendiffraktion und weitere Methoden dienten der Charakterisierung der erzeugten multi-principal element alloys. Durch eine detaillierte Analyse der Herstellungsschritte konnten ideale Mahlparameter zum Erzielen homogener Werkstoffgefüge definiert werden. Der Einfluss der chemischen Zusammensetzung der multi-principal element alloys auf die Materialeigenschaften wurde ebenfalls analysiert und nachvollzogen. Die temperaturabhängige Ausbildung der gefügeversprödenden σ-Phase konnte an ausgewählten multi-principal element alloys durch in-situ Diffraktion präzise abgebildet werden.
Aktualisiert: 2022-12-30
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Ein anforderungsgerechter Leichtbau und endkonturnahe Herstellungsprozesse sind Bausteine, die effektiv dazu beitragen. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass es unter Einsatz der statistischen Versuchsplanung möglich ist, mehrere Zielgrößen simultan zu adressieren und dadurch eine zeit- und ressourceneffiziente Werkstoffentwicklung zu betreiben.
In Vorbereitung auf die Legierungsentwicklung wurden thermodynamische Berechnungen sowie praktische Untersuchungen an konventionellen AlCu-Gusslegierungen durchgeführt. Unter Berücksichtigung der daraus gewonnenen Erkenntnisse wurde für die Aufstellung eines statistischen Versuchsplans ein interaktionsbasiertes Regressionsmodell zugrunde gelegt, in dem die vier Legierungselemente Kupfer (Cu), Mangan (Mn), Nickel (Ni) und Kobalt (Co) als Eingangsgrößen variiert wurden. Entsprechend der Anforderungen an den Werkstoff wurden die mechanischen Eigenschaften bis 300 °C, die Warmrissbeständigkeit sowie die Wärmeleitfähigkeit als Zielgrößen formuliert. Insgesamt achtzehn AlCuMnCo(Ni)-Legierungen wurden erprobt und analysiert.
Basierend auf den zuvor ermittelten Referenzwerte wurde anschließend aus dem Modell eine optimale Zusammensetzung AlCu6.7Mn0.5Co0.1 identifiziert, für die höchste me-chanische Eigenschaften bei 250 °C, eine Warmrisszahl < 1,0 sowie ein Phasenanteil < 8 % vorhergesagt wurde. Die Versuchsergebnisse bestätigten die hohe Modellqualität für die mechanischen Eigenschaften und den Phasenanteil. Der niedrige Phasenanteil führte zu einer hohen Wärmeleitfähigkeit der Legierung. Im Vergleich zur Referenzlegierung AlCuNiCoSbZr, weist das Optimum AlCu6.7Mn0.5Co0.1 überwiegend höhere Eigenschaften auf.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Aluminiumlegierungen konstruiert und hergestellt, die bei einer reduzierten KTL-Trockner Temperatur von 165 °C die geforderten Eigenschaften nach dem Lackeinbrennprozess erfüllen sollten. Dies konnte nur durch eine geeignete Kombination aus den Legierungslementen Si, Mg, Zn und Sn erreicht werden. Vor allem Zn und Sn spielten dabei eine wichtige Rolle. Die mikrostrukturelle Charakterisierung durch herkömmliche Methoden wie die Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie hat nicht ausgereicht, um die atomaren Vorgänge in diesem Zustand darstellen zu können. Erst durch den Einsatz der Atomsondentomographie konnten Cluster, hauptsächlich bestehend aus Mg und Si, gezeigt werden. Anhand der untersuchten Vergleichslegierungen konnten die Auswirkungen der Legierungselemente offengelegt werden. Die Zugabe von Zn führt zu größeren Clustern und deren Anzahl wird gesteigert. Sn hingegen reduziert die Clusterbildung und -größe durch die Bindung von Leerstellen, welche für Diffusionsvorgänge im Material benötigt werden. Ab einer gewissen kritischen Tempe-ratur lässt Sn die Leerstellen wieder frei und steigert so das Aushärtepotential während der Warmauslagerung. Zudem sind für das Erreichen der mechanischen Anforderungen die richtigen Wärmebe-handlungsparameter essentiell. Anhand der verschiedenen Wärmebehandlungsversuche hat sich gezeigt, dass vor allem die Stabilisierungsglühung erheblichen Einfluss auf das Kaltauslagerungsverhalten und die folgende Aushärtung während der Warmauslagerung hat.
Allgemein hat diese Arbeit eine Basis für die Entwicklung von schnellaushärtenden Alumi-niumlegierungen bei einer reduzierten KTL-Trockner Temperatur geschaffen, auf der weiter aufgebaut werden kann. Zudem wurde gezeigt, dass die Vorgaben im Labormaßstab erfüllt werden können. Lediglich die großtechnische Produktion muss weiter optimiert werden, um vergleichbare Ergebnisse erzielen zu können
Aktualisiert: 2020-12-26
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