Nürnberg, University, Diss., 2004--Erlangen.

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Berlin.

In der vorliegenden Arbeit wird ein Überblick über aktuelle Entwicklungen beim Einsatz von Leichtmetallen im Leichtbau gegeben und dabei vor allem die Bedeutung der Werkstoffe Aluminium, Magnesium und Titan herausgestrichen. Dabei wird ersichtlich, welche Bedeutung Guss- und Knetlegierungen im Einzelnen zukommt und wie sich durch neue Erkenntnisse bei der Werkstoffbehandlung neue Strategien für Konstruktion und Fertigung ergeben. Eine sehr wesentliche Rolle für die optimale Nutzung der Werkstoffeigenschaften spielen die Fügeverfahren. Optimierte Werkstoffe mit neuen Eigenschaftsprofilen erfordern angepasste Fügeverfahren, um mit den Fügestellen keine Schwachpunkte in der Konstruktion zu schaffen. Nicht zuletzt soll die Arbeit durch die Zusammenfassung und Gegenüberstellung aktueller Forschungsergebnisse und des Standes von Forschung und Technik zu neuen Ideen im Sinne des Leichtbaus anregen.

Neuere Erzeugnisse zeichnen sich häufig durch eine Werkstoffvielfalt aus. Teilweise sind die Werkstoffe thermisch empfindlich. Aus allen diesen Gründen wird das weitgehend werkstoffunspezifische und wärmearme Verfahren Kleben für das Fügen von Bauteilstrukturen immer wichtiger. Es ist seit langem bekannt, dass die Festigkeit und vor allem die Alterungsbeständigkeit der Klebverbindungen neben der Art des gewählten Klebstoffes in ganz wesentlichem Umfang von den physikalischen, chemischen und morphologischen Eigenschaften der Fügeteiloberflächen abhängig ist. Die Eigenschaft der Klebverbindung wird nicht vorrangig durch die Haftung an der Fügeoberfläche, sondern durch den grenzflächennahen Polymerbereich, der so genannten Interphase oder Grenzschicht bestimmt. Ziel dieser Forschung ist daher die Untersuchung von Grenzflächenphänomenen des Verbundes Aluminium/ Epoxid-Klebstoff im µm-Bereich in Abhängigkeit von unterschiedlich vorbehandelten Aluminiumoberflächen unter Einschluss von Haftvermittlersauftrag durch thermoanalytische, spektroskopische, mikroskopische und elektrochemische Methoden, sowie die Korrelation der Ergebnisse mit den Festigkeiten und Langzeitbeständigkeiten der Klebverbindungen. Die in der Arbeit gewonnenen Erkenntnisse und erzielten Ergebnisse können in der Fügetechnik betriebswirtschaftlich sehr vorteilhaft zur Behandlung von Fügeteilen aus Aluminiumlegierungen angewendet werden.

Zielstellung der Arbeit war es, durch umfangreiche Untersuchungen syntaktischer Metallschäume, allgemeingültige Aussagen zu treffen. Der bearbeitete Untersuchungsplan hat sich auf zwei Hauptbereiche konzentriert: Der erste Teil beinhaltet eine detallierte Untersuchung eines aus AlSi7Mg Aluminiumlegierung und KeraBims Mineralschaumgranulat gefertigten syntaktischen Metallschaums. Hierbei handelt es sich um einen, auf Grund der preiswerten Bestandteile und des unkomplizierten Herstellungsverfahrens, relativ kostengünstig produzierbaren Verbundwerkstoff. Im zweiten Teil wurde das Verformungsverhalten der aus verschiedenen Matrix- und Füllmaterialien hergestellten syntaktischen Metallschäume gegenübergestellt. Da die Anwendung poröser metallischer Werkstoffe vorzugsweise auf Druckbeanspruchung ausgerichtet ist, konzentrieren sich hier die Untersuchungen auf die Druckfestigkeit. Abschließend wurde die Herstellung eines mit Metallschaum-Dauerkern gefertigten Bauteiles beschrieben und sein dynamisches Verhalten mittels experimenteller Modalanalyse charakterisiert.

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.

Zugl.: Dresden, Techn. Univ., Diss., 2009

Beim fallenden Vollformguss mit Aluminiumlegierungen existiert wegen der vergleichsweise zu Gusseisen niedrigen Gießtemperatur, nahezu kein Gasspalt zwischen der Schmelze und dem Schaumstoffmodell. Durch die Variierung der Schmelzezufuhr konnten Vorteile des fallenden Vollformgießens gegenüber dem steigenden Vollformgießen verdeutlicht werden. Außer wirtschaftlichen Vorteilen erfordert das fallende Gießen deutlich geringere Formfüllzeiten, die sehr wichtig bei der Herstellung von Seriengussteilen sind. Eine Abhängigkeit der Porosität von der Schichtdicke der Schlichte wurde nachgewiesen. Bei der Versuchsreihe mit Entgasung, kombiniert mit dem Unterdruck, konnten sehr niedrige Porositätswerte erzielt werden. Die Argonspülung unmittelbar vor dem Gießen beeinflusst auch die Formfüllgeschwindigkeit positiv. Durch die mikroskopischen Untersuchungen konnten die Poren visualisiert und die zweidimensionalen Größen, wie Fläche, Durchmesser sowie minimale und maximale Querschnitte gemessen werden.

Zielstellung der Arbeit war es, durch umfangreiche Untersuchungen syntaktischer Metallschäume, allgemeingültige Aussagen zu treffen. Der bearbeitete Untersuchungsplan hat sich auf zwei Hauptbereiche konzentriert: Der erste Teil beinhaltet eine detallierte Untersuchung eines aus AlSi7Mg Aluminiumlegierung und KeraBims Mineralschaumgranulat gefertigten syntaktischen Metallschaums. Hierbei handelt es sich um einen, auf Grund der preiswerten Bestandteile und des unkomplizierten Herstellungsverfahrens, relativ kostengünstig produzierbaren Verbundwerkstoff. Im zweiten Teil wurde das Verformungsverhalten der aus verschiedenen Matrix- und Füllmaterialien hergestellten syntaktischen Metallschäume gegenübergestellt. Da die Anwendung poröser metallischer Werkstoffe vorzugsweise auf Druckbeanspruchung ausgerichtet ist, konzentrieren sich hier die Untersuchungen auf die Druckfestigkeit. Abschließend wurde die Herstellung eines mit Metallschaum-Dauerkern gefertigten Bauteiles beschrieben und sein dynamisches Verhalten mittels experimenteller Modalanalyse charakterisiert.

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.