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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Entwicklung und Analyse eines hybriden Metallverbundbauteils durch Integration von faserverstärkten Magnesium-Inserts in Aluminiumgussprozesse

Donnerstag (19.09.2019)
11:00 - 11:30 Uhr Musikzimmer

Aluminiumgussbauteile eignen sich aufgrund ihrer geringen Dichte des Werkstoffs und der großen Formfreiheit des Fertigungsprozesses ideal zur Herstellung von angepassten Leichtbaustrukturen. Trotz konsequenter Weiterentwicklung der Aluminiumgusslegierungen weist diese Werkstoffgruppe eine begrenzte Duktilität, ein relativ sprödes Bruchverhalten und eine eingeschränkte Dauerfestigkeit auf.


Um den Einsatz für dynamisch hochbelastete Strukturen zu ermöglichen wurde an der TU Dresden die Verstärkung von Aluminiumsandgussbauteilen (Al-Guss) durch faserverstärkte Magnesiuminserts (CF-Mg-Inserts) entwickelt.


Faserverstärkte Magnesiumbauteile weisen bei einer sehr geringen Dichte von lediglich 1,8 g/cm^3 hohe Festigkeiten (bis zu 1100 MPa) und Steifigkeiten (250 GPa) auf, weshalb sie ein enormes Leichtbaupotential aufweisen. Im Vergleich zu konventionellen faserverstärkten Kunststoffen ermöglicht ihre höhere thermische Stabilität die Integration in Al-Gussbauteile. Dadurch kann die Bauteilmasse reduziert werden und gleichzeitig die Steifigkeit und Festigkeit gesteigert werden. Die Faserintegration erhöht zudem die Dauerfestigkeit und beeinflusst das Bruchverhalten positiv.


Der Schlüssel zum Erreichen dieser Materialeigenschaften ist eine sichere Verbunderzeugung zwischen CF-Mg und Al-Guss. Hierzu wurden thermisch gespritzte aluminiumbasierte Schichten auf das CF-Mg-insert aufgebracht. Dadurch entstehen eine kraftschlüssige Verbindung zum CF-Mg-Insert sowie eine stoffschlüssige Verbindung während des Al-Guss-Prozesses.


Auf Probekörperebene wurde das modifizierte Interphasen-Verhalten analysiert und die mechanischen Eigenschaften der kraft- und stoffschlüssigen Verbindungen charakterisiert. Hierbei konnten hohe Schichtfestigkeiten sowohl in der Schichtebene als auch senkrecht dazu nachgewiesen werden. Darüber hinaus wurden in Parameterstudien die Gussparameter zur Erzeugung des stoffschlüssigen Verbundes zwischen dem Al-Guss und der Schicht angepasst. Hierbei konnte die prinzipielle Machbarkeit des angestrebten Multimaterialverbunds nachgewiesen werden. Es zeigt sich allerdings ein sehr enges Prozessfenster zur Herstellung derartiger metallischer Hybridstrukturen, das zwingend einzuhalten ist.


Die gewonnenen Erkenntnisse flossen in die Entwicklung eines hybriden Demonstrators ein, bei dem ein lastgerechtes, dreidimensionales CF-Mg-Insert in einen Aluminiumgusshebel integriert sowie eine durchgängige Prozesskette entwickelt wurde.



 

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Jan Condé-Wolter
Technische Universität Dresden
Weitere Autoren/Referenten:
  • Tino Mrotzek
    Technische Universität Dresden
  • Thomas Behnisch
    Technische Universität Dresden
  • Prof. Dr. Maik Gude
    Technische Universität Dresden
  • Dr. Maria Barbosa
    Fraunhofer Gesellschaft
  • Prof. Dr. Christoph Leyens
    Fraunhofer Gesellschaft
  • Volker Stephan
    Metallgießerei Chemnitz GmbH
  • Michael Neubert
    Metallgießerei Chemnitz GmbH