ISBN 9783843944977

978-3-8439-4497-7, Reihe Werkstoffwissenschaften

Christopher Schunk
Maßgeschneiderte Aluminium- und Titanblechwerkstoffe für Kriech- und Ermüdungsanwendungen hergestellt mittels des kumulativen Walzprozesses

153 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2020), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Ziel dieser Arbeit ist, das Eigenschaftspotential von maßgeschneiderten Metalllaminaten und partikelverstärkten Metall-Keramik-Kompositen, hergestellt mittels des kumulativen Walzprozesses, zu ermitteln und verformungsspezifische Grundzusammenhänge abzuleiten. Für die Mettalllaminate steht die Verbesserung des Leichtbaupotentials unter monotoner und zyklischer Belastung im Vordergrund, für die partikelverstärkten Metall-Keramik-Komposite dagegen die Verbesserung der Kriecheigenschaften. Die Verbesserung des Leichtbaupotentials erfolgte dabei zum einen über eine Festigkeitssteigerung durch Kornfeinung. Zum anderen wurde das Leichtbaupotential durch gezielt maßgeschneiderte UFG-Metalllaminate, bestehend aus AA2024 und Ti-1 bzw. aus AA2024, Ti-1 und Stahl DC05, gesteigert. ODS-verstärktes Ti-1 wurde zur Verbesserung der Kriecheigenschaften hergestellt und anschließend untersucht.

AA2024-Ti-1-Laminate zeigen eine gesteigerte Ermüdungsfestigkeit, da Metalllaminate ein höheres Rissverweilen und eine höhere Rissablenkung aufweisen. Zudem konnte durch FE-Simulation gezeigt werden, dass Ti-1, wegen des größeren E-Moduls, einen Hauptteil der Last im AA2024-Ti-1-Metallverbund aufnimmt. Diese Erkenntnisse wurden genutzt, um ein Laminat aus AA2024, Ti-1 und Stahl DC05 mit maßgeschneiderter Stapelreihenfolge zu erzeugen. DC05 trägt die Hauptlast, Ti-1 als Außenschicht verbessert die Rissinitiierung und AA2024 als Kernmaterial reduziert das Gewicht, wodurch die spezifische Biegeermüdungsfestigkeit optimiert werden konnte.

An ODS-Ti-1 wurde zusätzlich die Kriechbeständigkeit untersucht. Bei 350 °C reduziert die Einbringung von Nanopartikeln die minimale Kriechrate. Die Kriecheigenschaften werden über die höhere Festigkeit des ODS-Ti-1 gesteigert. Beim Vergleich zwischen CG- und UFG-Ti-1 zeigt sich, dass bei höheren Spannungen die UFG-Mikrostruktur kriechbeständiger ist, bei geringen Spannungen weist hingegen die CG-Mikrostruktur eine höhere Kriechbeständigkeit auf.