Entwicklung hochfester AlZnMgCu-Gusslegierungen für den Leichtbau - Studien zu Mechanismen der Warmrissbildung während der Erstarrung
Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
AlZnMgCu-Legierungen zeichnen sich durch hohe Festigkeitswerte aus und vefügen damit über ein hohes Potenzial für Leichtbaulösungen. Bisher werden diese Legierungen jedoch nur als Knetlegierungen genutzt, da sie eine hohe Warmrissanfälligkeit haben. Somit ist die Verarbeitung im Druck- und Kokillenguss sehr eingeschränkt. Im Rahmen experimenteller Untersuchungen wurde gezeigt, dass die Legierungselemente und damit die sich während der Erstarrung ausscheidenen Phasen einen großen Einfluss auf die Warmrissneigung ausüben. Hier konnte insbesondere nachgewiesen werden, dass zunehmende Anteile der eutektischen η-Phase (MgZn2) die Warmrissneigung verringern. Eine Kornfeinung über AlTi5B1 führte grundsätzlich zu einer Gefügefeinung, verbesserte die Warmrissneigung jedoch nur um ca. 10-15 %. Die Vorhersage der Warmrissneigung wurde über sowohl experimentell als auch über thermodynamische Berechnungen über verschiedene Paramteter untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass die Bestimmung des Terminal Freezing Range (TFR) die schnellste und geeignetste Methode ist, die Warmrissneigung der AlZnMgCu-Legierungen vorherzusagen. Das über die thermische Analyse mit zwei Thermoelementen bestimmte Erstarrungsintervall sowie TCDP korrelieren ebenfalls mit der experimentell bestimmten Warmrissneigung, bedeuten jedoch auch einen höheren Versuchsaufwand. In situ Untersuchungen zur Warmrissentstehung zeigten, dass Risse erst im letzten Moment der Erstarrung oder sogar nach der Erstarrung enstanden sind. Der Zeitpunkt der Rissenstehung korreliert tendenziell mit dem Ende der Massenspeisung (Dendritenkohärenzpunkt), jedoch kann davon ausgegangen werden, dass auch Faktoren wie das Kontraktionsvolumen oder die Kontraktionsgeschwindigkeit einen Einfluss auf die Warmrissentstehung haben. Hierzu wären weiterführende Untersuchungen notwendig. Für einen prozesssicheren Einsatz der AlZnMgCu-Legierungen im Kokillen- oder Druckgießverfahren bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der mechanischen Eigenschaften ist es sinnvoll, in weiteren Entwicklungsarbeiten die mechanischen Eigenschaften mit zu untersuchen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Untersuchungen zum Warmrissverhalten von AlZnMgCu-Legierungen, Tagungsband 2. Niedersächsisches Symposium Materialtechnik, Shaker-Verlag, Band 4, ISBN-13: 978-3844050691, S. 27-37
O. Zak, G. Dolinar, B.Tonn
