Entwicklung hochfester AlZnMgCu-Gusslegierungen für den Leichtbau - Studien zu Mechanismen der Warmrissbildung während der Erstarrung

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Babette Tonn
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275013255

Die Zielvorgaben an die Automobil- und Luftfahrtindustrie hinsichtlich der Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und einer damit verbundenen Reduzierung der Schadstoffemissionen erfordern zunehmend innovative Ansätze für neue Leichtbaukonzepte, die unter anderem an die Entwicklung von Leichtbauwerkstoffen geknüpft sind. Ein besonders hohes Potenzial zeigen dabei die höchstfesten AlZnMgCu-Legierungen, die sich durch Festigkeitswerte von über 600 MPa bei einem Drittel der Dichte von Eisengusswerkstoffen auszeichnen. Die AlZnMgCu-Legierungen werden bis jetzt hauptsächlich als Knetlegierungen verwendet, da diese Werkstoffe eine sehr hohe Warmrissanfälligkeit haben, die ihre Verarbeitung im Kokillen- und Druck-gießverfahren erheblich einschränkt. Durch ein genaues Verständnis von den Mechanismen der Warmrissbildung bei den AlZnMgCu-Legierungen soll es gelingen, ihr Warmrissverhalten erheblich zu verbessern und diese Werkstoffe als zukunftsweisende Gusslegierungen für den Leichtbau zu etablieren.Das beantragte Forschungsvorhaben beinhaltet fünf Teilziele:1. Es soll untersucht werden, ob die Thermische Analyse mit zwei Thermoelementen eine geeignete Methode ist, das Ende der Massen-, bzw. interdendritischen Speisung bei AlZnMgCu-Legierungen über die Bestimmung der Dendritenkohärenz- und der Rigiditytemperaturen zu ermitteln. Dies soll durch den Vergleich der Ergebnisse der Thermischen Analyse mit den Ergebnissen rheologischer Untersuchungen erfolgen.2. Es soll eine Messeinrichtung gebaut werden, mit der in-situ-Messungen der Starttemperatur der Erstarrungskontraktion, der Starttemperatur des Aufbaus von Kontraktionsspannungen sowie der Temperatur der Warmrissbildung während der Erstarrung der AlZnMgCu-Legierungen durchgeführt werden können. 3. Die bisher hypothetischen Annahmen zur Berechnung der CSC- und TFR-Kriterien sollen durch experimentell fundierte Kenntnisse über die Dendritenkohärenztemperatur und Rigiditytemperatur ersetzt werden. Die daraus resultierende Verbesserung der CSC- und TFR-Kriterien soll eine exakte Vorhersage der Warmrissneigung ermöglichen.4. Es soll anhand der thermodynamischen Berechnungen der Erstarrungsvorgänge untersucht werden, ob andere Kriterien zur Beurteilung der Warmrissneigung als Ergänzung zu TFR oder CSC geeignet sind, wie zum Beispiel der Magnesiumgehalt in der Restschmelze am Ende der Erstarrung oder die berechneten Mengen der eutektischen Phasen.5. Ein weiterer Schwerpunkt ist die umfassende Untersuchung zum Einfluss der Gießparameter (Kokillen- und Gießtemperatur) sowie der Kornfeinung auf die Warmrissbildung, um dadurch im Ergebnis höchstfeste Aluminiumleichtbaulegierungen auf der Basis AlZuMgCu mit ausgezeichneter Warmrissbeständigkeit zu erzielen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen