Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von verschleiß- und korrosionsbeständigen Hartverbundwerkstoffen
bzw. MMCs unter Berücksichtigung ressourcenschonender Aspekte.
Um dieses Ziel umzusetzen, wurden drei unterschiedliche Ansätze verfolgt. Im ersten
Ansatz sollte untersucht werden, ob es möglich ist, TiC aus Abfallprodukten der
MMC-Herstellung, wie z.B. Spanmaterial, durch einen chemischen Recyclingprozess zurückzugewinnen
und für die Herstellung von neuen MMCs zu nutzen. Der zweite Ansatz
betrachtete die Optimierung der TiC-Eigenschaften durch ein gezieltes Auflegieren während
des Herstellungsprozesses. Ziel war es, die Eigenschaften des TiC auf ein wirkendes
tribologisches System anzupassen und damit die Verschleißeigenschaften zu optimieren.
Der letzte Ansatz basiert auf der Verwendung von TiC bzw. RecyTiC als Hartstoff
in verschleißbeständigen Auftragschweißungen. Des Weiteren sollte die Möglichkeit untersucht
werden, ob Verschleißschutzschichten mit einer doppelten Dispersion aus den
Hartstoffen TiC/RecyTiC und WSC schweißtechnisch erzeugt werden können.
Aktualisiert: 2019-02-28
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Ziel dieser Arbeit war es, technisch anwendbare, numerische Methoden zur Bestimmung der effektiven Leitfähigkeit mehrphasiger Stähle zu entwickeln und zu verifizieren. Dazu wurden Werkstoffe mit modellhaftem Charakter hinsichtlich ihrer effektiven physikalischen Eigenschaften und ihres Gefüges charakterisiert. Zusätzlich wurden die Eigenschaften einzelner Phasen an synthetisierten Proben ermittelt, sodass der direkte Vergleich zwischen den berechneten und den gemessenen makroskopischen Eigenschaften möglich war.
Am Beispiel des unlegierten Vergütungsstahls C45E wurde mit Hilfe von Gleichgewichtsberechnungen und Diffusionssimulationen der Lösungszustand nach dem isothermen Auslagern bei 700°C nach Zeiten von 2 s bis 2 Wochen berechnet. Mit der Anwendung von bekannten empirischen Einflussfaktoren wurde daraus die zeitabhängige Wärmeleitfähigkeit des Stahls berechnet und mit Messwerten verglichen. Dadurch konnten Erkenntnisse über die Kinetik der Zementitausscheidung von sehr kurzen bis zu gleichgewichtsnahen Zeiten gewonnen werden. Hier zeigte sich, dass die Wärmeleitfähigkeit stark vom Lösungszustand der Matrixphase abhängig ist und hochsensibel auf Ausscheidungsvorgänge und den damit einhergehenden Wechselwirkungen reagiert. Dennoch konnte mit der Kombination von Simulationen und empirischen Faktoren der Verlauf der Leitfähigkeit qualitativ und quantitativ annähernd beschrieben werden.
Im zweiten Teil wurden die makroskopischen Eigenschaften eines kupferinfiltrierten Kaltarbeitsstahls betrachtet und auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften der einzelnen Phasen zurückgeführt. Hier zeigte sich wieder ein starker Einfluss des Lösungszustandes der Kupferphase auf die Wärmeleitfähigkeit, wodurch diese ebenfalls durch die Ausscheidung von Eisen durch Wärmebehandlungen beeinflussbar ist. Ähnlich stark wirkt sich jedoch die Topologie der beteiligten Phasen aus. Der vorliegende Durchdringungswerkstoff wurde daher anhand einer Computertomographie seiner Mesostruktur charakterisiert. Durch FEM-Simulationen der digitalisierten Topologie und dem Abgleich mit den realen Messdaten konnten so Einflüsse der Topologie auf die effektive Wärmeleitfähigkeit identifiziert werden. Zusätzlich konnte so die Grenzflächenleitfähigkeit zwischen den beiden Hauptkomponenten eingegrenzt werden.
Im letzten Teil wurden dann FEM-Modelle auf der Basis von repräsentativen Volumenelementen (RVE) entwickelt und getestet. Diese bestanden aus sich teilweise überschneidenden Sphäroiden in den bekannten KPP-, KRZ- und KFZ-Stapelfolgen. Diese Modelle wurden umfangreich hinsichtlich ihrer Topologie und ihrer effektiven Eigenschaften charakterisiert und ihre Eignung anhand der bereits analysierten Verbundwerkstoffe verifiziert. Zusammen mit der zuvor festgestellten Grenzflächenleitfähigkeit konnten damit genaue Vorhersagen der effektiven Wärmeleitfähigkeit bei Phasenverhältnissen zwischen 12 und 30% getroffen werden.
Aktualisiert: 2018-11-01
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Die abrasive Warmverschleißbeständigkeit von metallischen Werkstoffen spielt in der Technik eine zunehmend wichtigere Rolle. Warmgehende Arbeitsmaschinen und Anlagen stellen immer höhere Anforderungen an die verwendeten Konstruktionswerkstoffe. Diese sollen, bei hoher Temperatur, steigenden mechanischen und tribologischen Belastungen standhalten oder, bei gleichbleibender Belastung, zunehmende Temperaturen ertragen. In beiden Fällen ist eine Steigerung der Leistungsfähigkeit von metallischen Werkstoffen notwendig, um geforderte Entwicklungen und Produktivitätssteigerungen zu realisieren. Unter Berücksichtigung dieses technologischen Hintergrunds wird in der vorliegenden Arbeit das abrasive Warmverschleißverhalten von metallischen Werkstoffen auf Fe-, Ni- und Co-Basis betrachtet.
Das Ziel der Arbeit war es, die Erkenntnisse von tribologischen Betrachtungen dazu zu nutzen um ein, an die Anforderungen des abrasiven Warmverschleißes optimal angepasstes, werkstofftechnisches Konzept zu entwickeln. Die Umsetzung dieses Vorhabens erfolgte durch eine Korrelation des Verschleißverhaltens mit den Verformungs- und Verfestigungsmechanismen sowie den zugrundeliegenden metallphysikalischen Hintergründen metallischer Legierungen. Als Ergebnis dieses Ansatzes konnten optimierte Werkstoffkonzepte auf Grundlage einer austenitischen Eisenbasis entwickelt werden, welche das Potential aufweisen im Bereich erhöhter Temperaturen mit Nickel- bzw. Kobaltbasiswerkstoffen zu konkurrieren und gleichzeitig, durch die Verwendung von kostengünstigen Eisenbasiswerkstoffen, einen ökonomischen Vorteil bieten.
Im Detail lassen sich die gewonnenen Erkenntnisse in drei Schwerpunkte unterteilen:
Der erste Schwerpunkt befasst sich mit den mikrostrukturellen und mechanischen Mechanismen der Abrasion von Fe-, Ni- und Co-Basiswerkstoffen. Diese Betrachtungen stellen das tribologische Verhalten von metallischen Werkstoffen als Funktion der Temperatur dar und heben die relevanten Werkstoffeigenschaften (z.B. die Stapelfehlerenergie) für einen hohen Verschleißwiderstand hervor. Auf Basis dieser Ergebnisse sind Rückschlüsse über den Einfluss der Konstitution eines Werkstoffs auf dessen Widerstand gegen eine abrasive Verschleißbeanspruchung bei erhöhter Temperatur möglich.
Im zweiten Schwerpunkt werden die temperaturabhängigen, metallphysikalischen Hintergründe des abrasiven Verschleißverhaltens der betrachteten Werkstoffe analysiert und mit den Werkstoffeigenschaften verknüpft. Durch diese Verknüpfung ist es möglich die Leistungsfähigkeit verschiedener Werkstoffe auf einzelne bzw. das Zusammenwirken von Werkstoffkennwerten zu beziehen.
Die Korrelation von metallphysikalischen Kennwerten, mechanischen Eigenschaften und dem tribologischen Verhalten werden im dritten Schwerpunkt dazu genutzt, ein Werkstoffkonzept mit einem hohen abrasiven Warmverschleißwiderstand abzuleiten. Diese Verknüpfung von mechanischen Kennwerten und analysierten Werkstoffcharakteristika macht es möglich, einzelne Eigenschaften eines Werkstoffs gezielt zu optimieren.
Aktualisiert: 2018-11-01
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Aufgrund der zunehmenden Klimaerwärmung kommt der Entwicklung ressourcenschonender Fertigungsverfahren eine immer größere Bedeutung zu. In der vorliegenden Arbeit wurden auf der Basis von Phasen- und Grenzflächenanalysen Möglichkeiten zur Ressourcenschonung in drei unterschiedlichen Fertigungs-, bzw. Fügeprozessen identifiziert.
Im ersten Schwerpunkt der Arbeit wird aufgezeigt, wie der Werkzeugverschleiß beim Warmumformen höchstfester, Al-Basis beschichteter Stahlbleche durch eine Optimierung des Schichtkonzeptes verringert werden kann. Dazu wurden die an den Stahl/Schicht-Grenzflächen bei der Warmumformung ablaufenden Phasenumwandlungen analysiert und die in den Schichten in Abhängigkeit der Prozessparameter ausgebildeten intermetallischen AlXFeY-Phasen identifiziert und charakterisiert. Auf dieser Grundlage erfolgte eine Anpassung des Temperaturprofiles im Warmumformprozess. Dies ermöglichte eine gezielte Umwandlung der Schicht in die Phase AlFe, die aufgrund ihrer niedrigeren Härte und höheren Zähigkeit im Vergleich zu anderen intermetallischen AlXFeY-Phasen einen geringeren Werkzeugverschleiß bewirkt.
Im zweiten Schwerpunkt wurde ein neues Schweißverfahren eingesetzt, um die beschichteten, höchstfesten Stahlbleche mit Aluminium- und Magnesium-Leichtmetalllegierungen stoffschlüssig zu fügen. Dies soll ein direktes Verbinden dieser Werkstoffe in Automobilkarosserien ermöglichen. Dazu wurde im Rahmen der Arbeit ein Laserschweißlötprozess eingesetzt und die Notwendigkeit einer Oberflächenkonditionierung der beschichteten Stahlbleche untersucht. Es erfolgte eine Analyse der beim Schweißlöten ablaufenden Grenzflächenreaktionen und der in den gefügten Werkstoffen ausgebildeten Wärmeeinflusszonen. Auf dieser Grundlage konnten Prozessparameter identifiziert werden, die das Fügen von Stahl/Aluminium- und Stahl/Magnesium-Fügeverbindungen mit hohen Verbundfestigkeiten ermöglichen.
Im dritten Schwerpunkt der Arbeit wurde ein Kondensatorentladungsschweißverfahren eingesetzt, um hochverschleißbeständige, hartstoffhaltige Werkstoffe in sehr kurzer Prozesszeit und ohne den Einsatz von Zusatzwerkstoffen mit Stahlsubstraten zu fügen. Dies ermöglicht ein ressourcenschonendes Fügen dieser Werkstoffe für Werkzeuge zur Bearbeitung mineralischer und metallischer Güter. Auch bei den mit diesem Verfahren hergestellten Fügeverbindungen erfolgte eine Analyse der Grenzflächenreaktionen und Untersuchung der in den gefügten Werkstoffen ausgebildeten Wärmeeinflusszonen. Die darauf abbauend identifizierten Prozessparameter ermöglichten die Herstellung von Fügeverbindungen mit Verbundfestigkeiten vergleichbar zu Lötverbindungen, welche aufgrund des Einsatzes von Zusatzwerkstoffen einen höheren Ressourceneinsatz erfordern.
Aktualisiert: 2019-01-22
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Aktualisiert: 2018-08-03
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Aktualisiert: 2018-08-03
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Aktualisiert: 2018-08-03
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Aktualisiert: 2018-08-03
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The machining and manufacturing of natural stone and of stone-like construction materials are expanding businesses. Concrete drilling and sawing companies as well as granite and marble machining businesses are facing increasing demands for their products and services.
Additionally, there is a need for basic scientific research concerning tool materials, manufacturing process and the interaction between the tool and the work piece material. Therefore, the cooperation and interaction between stone processing and tool producing companies is of great importance. This conference addresses experts from industry and research to present and discuss current developments around the machining and the processing of stone and concrete in industrial applications, as well as the progress in the development of tool materials and surface engineering. Beside this there is a special focus on mechanisms of abrasion and the development of abrasion resistant materials.
The conference is organized by the Institute of Materials Technology (LWT) of the Ruhr-Universität Bochum, The Institute of Materials Engineering (LWT) of the TU-Dortmund and the Institute of Production Engineering and Machine Tools (IFW) of the Leibniz Universität Hannover.
Aktualisiert: 2018-08-03
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Aktualisiert: 2018-08-03
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Aktualisiert: 2018-08-03
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