Analyse der Bindungsmechanismen beim Verbundgießen von Eisen- und Kupferbasiswerkstoffen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ziel des Forschungsprojekts, die Erstellung eines mechanismenorientierten Modells der Verbundbildung von Eisen- und Kupferbasiswerkstoffen, konnte erreicht werden. Hierzu wurde ein Versuchsstand im Labormaßstab, ausgehend von der Möglichkeit der Wärmebehandlung dahingehend erweitert, dass die Erstellung von Verbundgussproben möglich wurde. Zum einen konnte so die Versuchszahl von geplanten 120 auf ca. 800 erweitert werden, zum anderen konnten einschränkende Faktoren des Gießens in einer Kokille vermieden werden. Zu nennen wären hier die ungleiche Temperaturverteilung in der Grenzfläche und der kaum zu erfassende Einfluss der Schmelzeströmung. Es wurde eine Methodik zur Herstellung und Charakterisierung von Verbundproben entwickelt, die es erlaubt, die Charakterisierung weitestgehend mit den am Lehrstuhl vorhandenen Messmethoden durchzuführen. Verbundproben können bei definierten Bedingungen in Temperatur und Zeit hergestellt werden. Der Labormaßstab von 4x10 mm stellt ein großes Prozessfenster mit hoher Reproduzierbarkeit sicher. Im Anschluss werden aus den Proben Schliffbilder angefertigt, sowie mechanische Prüfungen durchgeführt. Die Messung der Härte erfolgt über die gesamte Länge der Probe in Form einer Mikrohärtemessung. Der Bereich der Verbundzone wird zusätzlich per Nanoindentation untersucht, um kleinskalige Effekte, wie die Bildung intermetallischer Phasen, zu untersuchen. In Kombination mit Untersuchungen zur Phasenzusammensetzung und der Simulation der Diffusionsvorgänge ermöglichen die oben beschriebenen Untersuchungen die Herleitung von Ursache-Wirkungs-Ketten. So werden Wechselwirkungen aus Legierungselementen, Oberflächenbeschaffenheit und Prozessführung greifbar. Hieraus ließ sich das Modell der Verbundbildung mit einer Abschätzung der Verbundeigenschaften zusammensetzen. Die Validierung sowohl der Untersuchungsmethodik im Labormaßstab als auch des resultierenden Modells der Verbundbildung erfolgte an in Sandformen gegossenen Kupfer-Eisen-Hybriden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Verbundbildung beim Gießen von Eisen- und Kupferbasiswerkstoffen. 16. Kupfer-Symposium, Dresden
Schmid, S. & Volk W.
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A Method for Characterising the Influence of Casting Parameters on the Metallurgical Bonding of Copper and Steel Bimetals. Materials, 14(20), 6223.
Kammerloher, Simon; Hoyer, Julika; Lechner, Philipp; Mittler, Tim & Volk, Wolfram
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Kupfer–Stahl Verbundgießen. 17. Kupfer-Symposium, Jena
Kammerlohrer, S. & Volk W.
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Localization of cavities in cast components via impulse excitation and a finite element analysis. Production Engineering, 16(6), 869-877.
Lechner, Philipp; Reberger, Erwin; Gruber, Maximilian; Kammerloher, Simon; Hartmann, Christoph & Volk, Wolfram
