Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

An verschiedenen Werkstoffen wurden Untersuchungen zum Einfluss einer Vibrationsbehandlung auf das Erstarrungsverhalten durchgeführt. Es konnte festgestellt werden, dass der Kornfeinungseffekt vom Erstarrungstyp abhängig ist. Versuche mit der Rotgusslegierung CuSn5Zn5Pb5 ergaben eine Feinung des Gefüges und daraus folgend eine Verbesserung der Eigenschaften. Die Wanddickenabhängigkeit der Gefügeausbildung konnte eliminiert werden. Als Haupteinflussgröße auf den Kornfeinungseffekt wurde die Vibrationsbeschleunigung ermittelt. Unter Praxisbedingungen konnten die Ergebnisse bestätigt werden. Bei einer Gusseisenlegierung führte die Vibrationsbehandlung zur Feinung der Grafitlamellen und Erhöhung der Zahl der eutektischen Zellen. Das Verfahren wurde erfolgreich in einer Schwermetallgießerei getestet und eingeführt.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008.

Ziel dieser Arbeit war es, durch verschiedene physikalische Schmelzebehandlungsverfahren eine Kornfeinung und eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Magnesiumlegierungen zu bewirken. Vibrationsversuche mit furanharzgebundenen Formen zeigten sehr uneinheitliche Ergebnisse über die untersuchten Legierungen. Eindeutige funktionale Zusammenhänge zwischen den Parametern und den mechanischen Eigenschaften konnten nicht gefunden werden. Untersuchungen zum Einfluss der Abkühlgeschwindigkeit während einer Vibrationsbehandlung zeigten eine geringe Kornfeinung in Folge der Vibration. Die Ultraschallbehandlung verschiedener Magnesiumlegierungen im Kokillenguss lieferte ein wellenförmiges Verhalten der einzelnen Ergebnisse. Magnetohydrodynamikversuche an geschlichteten, zylindrischen Proben, die in Furanharzformen abgegossen wurden, führten zu zirkulationsrichtungsabhängigen Ergebnissen. Es konnten homogenere Korngrößen und erhöhte Festigkeitswerte erreicht werden.

Techn. Hochsch., Diss., 2006--Aachen.

An verschiedenen Werkstoffen wurden Untersuchungen zum Einfluss einer Vibrationsbehandlung auf das Erstarrungsverhalten durchgeführt. Es konnte festgestellt werden, dass der Kornfeinungseffekt vom Erstarrungstyp abhängig ist. Versuche mit der Rotgusslegierung CuSn5Zn5Pb5 ergaben eine Feinung des Gefüges und daraus folgend eine Verbesserung der Eigenschaften. Die Wanddickenabhängigkeit der Gefügeausbildung konnte eliminiert werden. Als Haupteinflussgröße auf den Kornfeinungseffekt wurde die Vibrationsbeschleunigung ermittelt. Unter Praxisbedingungen konnten die Ergebnisse bestätigt werden. Bei einer Gusseisenlegierung führte die Vibrationsbehandlung zur Feinung der Grafitlamellen und Erhöhung der Zahl der eutektischen Zellen. Das Verfahren wurde erfolgreich in einer Schwermetallgießerei getestet und eingeführt.

Ziel dieser Arbeit war es, durch verschiedene physikalische Schmelzebehandlungsverfahren eine Kornfeinung und eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Magnesiumlegierungen zu bewirken. Vibrationsversuche mit furanharzgebundenen Formen zeigten sehr uneinheitliche Ergebnisse über die untersuchten Legierungen. Eindeutige funktionale Zusammenhänge zwischen den Parametern und den mechanischen Eigenschaften konnten nicht gefunden werden. Untersuchungen zum Einfluss der Abkühlgeschwindigkeit während einer Vibrationsbehandlung zeigten eine geringe Kornfeinung in Folge der Vibration. Die Ultraschallbehandlung verschiedener Magnesiumlegierungen im Kokillenguss lieferte ein wellenförmiges Verhalten der einzelnen Ergebnisse. Magnetohydrodynamikversuche an geschlichteten, zylindrischen Proben, die in Furanharzformen abgegossen wurden, führten zu zirkulationsrichtungsabhängigen Ergebnissen. Es konnten homogenere Korngrößen und erhöhte Festigkeitswerte erreicht werden.

Ziel der Arbeit ist es, die Herstellung von Bauteilen aus Titan- und Titanlegierungen über das additive Fertigungsverfahren des 3D-Siebdrucks zu evaluieren. Zur Beurteilung der resultierenden mechanischen Eigenschaften werden im Rahmen dieser Dissertation das Reintitan und die Legierung Ti6Al4V als Modelllegierungen verwendet. Gasverdüste vorlegierte Pulver werden in einer wässrigen Druckpaste aus organischem Binder und Rheologieadditiven dispergiert und anschließend schichtweise durch photopolymerisch beschichtete Siebe gedruckt. Der Fokus liegt auf der Ermittlung prozessbedingter Einflüsse und der resultierenden Prozessgrenzen. Anschließend erfolgt das Herauslösen der organischen Pastenbestandteile mittels Lösemittelextraktion sowie thermischer Entbinderung und das finale Sintern zu nahezu dichten Bauteilen. Die Ergebnisse aus Maßhaltigkeits- und Gefügeuntersuchungen und der Ermittlung ausgewählter mechanischer Eigenschaften der gedruckten Titanproben werden vergleichend mit konventionellen und anderen Additiven Verfahren bewertet. Es folgt eine Diskussion zu festigkeits- und duktilitätssteigernden Maßnahmen. Unter Verwendung geeigneter Prozessparameter wird das temporäre Zulegieren von Wasserstoff und seine Auswirkung auf den Kornfeinungsgrad und die mechanischen Eigenschaften evaluiert. Zur Verminderung der versprödend wirkenden hohen Sauerstoffgehalte im Titan und Ti6Al4V erfolgt eine Parameterstudie zur elektrolytischen Reduktion in einer Salzschmelze. Hierfür wird anhand eines vereinfachten Systems ein diffusionsgesteuertes Modell zur Abschätzung von Reduktionszeiten in den beiden Werkstoffen entwickelt und beurteilt. Mechanische Prüfungen sind Grundlage für eine Bewertung des neuen Prozesses zur elektrolytischen Nachreinigung von Bauteilen.

Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Entwicklung eines Werkstoffes auf Basis der Legierung AlSi13,5Mg9,5 (=Al-15Mg2Si-8Si), die sich durch ein verbessertes Verschleißverhalten, geringere thermische Ausdehnung und geringere Dichtewerte auszeichnet. Eine wesentliche Aufgabe der Arbeit bestand in der Einstellung bester mechanischer Eigenschaften durch die Feinung der Primär-Phase (Mg2Si) sowie durch Mikrolegieren. Ausbleibende Resultate begründeten die Wahl einer angepassten Legierungszusammensetzung AlMg8,6Si6,4 (=Al-14Mg2Si-1Si). Versuche zur Eigenschaftsoptimierung (Mikrolegieren, Wärmebehandlung) zeigten neben der Ermittlung der gießtechnischen Eigenschaften die spezifischen Legierungscharakteristika auf. Die Verarbeitung des optimierten Werkstoffes mit verschiedenen Verfahren machte die Abhängigkeit der Ausbildung der mechanischen Eigenschaften sowie des Gefüges deutlich. Die Untersuchung der thermo-physikalischen Eigenschaften sowie die Analyse der Wechselwirkungen zwischen Risswachstum und Gefüge runden die Beschreibung des Eigenschaftsprofiles ab.

The present thesis investigates the grain refinement in solidifying Al-7wt%Si hypoeutectic alloy driven by electric currents. The grain size reduction in alloys generated by electric currents during the solidification has been intensively investigated. However, since various effects of electric currents have the potential to generate the finer equiaxed grains, it is still argued which effect plays the key role in the grain refinement process. In addition, the knowledge about the grain refinement mechanism under the application of electric currents remains fragmentary and inconsistent. Hence, the research objectives of the present thesis focus on the role of electric current effects and the grain refinement mechanism under the application of electric currents. Chapter 1 presents an introduction with respect to the subject of grain refinement in alloys driven by electric current during the solidification process in particular, including the research objectives; the research motivation; a brief review about the research history; a short introduction on the electric currents effects and a review relevant to the research status of grain refinement mechanism. Chapter 2 gives a description of research methods. This chapter shows the employed experiment materials, experimental setup, experimental procedure, the analysis methods of solidified samples, and numerical method, respectively. Chapter 3 focuses on the role of electric current effects in the grain refinement process. A series of solidification experiments are performed under various values of effective electric currents for both, electric current pulse and direct current. The corresponding temperature measurements and flow measurements are carried out with the increase of effective electric current intensity. Meanwhile, numerical simulations are conducted to present the details of the flow structure and the distribution of electric current density and electromagnetic force. Finally, the role of electric current effects is discussed to find the key effect in the grain refinement driven by electric currents. Chapter 4 investigates the grain refinement mechanism driven by electric currents. This chapter mainly focuses on the origin of finer equiaxed grain for grain refinement under the application of electric current on account of the importance of the origin for understanding the grain refinement mechanism. A series of solidification experiments are carried out in Al-7wt%Si alloy and in high purity aluminum. The main origin of equiaxed grain for grain refinement is concluded based on the experiment results. Chapter 5 presents three further investigations based on the achieved knowledge in chapter 3 and 4 about the role of electric current effects and the grain refinement mechanism. According to the insight into the key electric current effect for the grain refinement shown in chapter 3, this chapter presents a potential approach to promote the grain refinement. In addition, the solute distribution under the influence of electric current is examined based on the knowledge about the electric current effects. Moreover, the grain refinement mechanism under application of travelling magnetic field is investigated by performing a series of solidification experiments to compare with the experiments about the grain refinement mechanism driven by electric currents shown in chapter 4. Chapter 6 summarizes the main conclusions from the presented work.