Basic investigations of the preparation and properties of in-situ Al3Ti reinforced aluminium cast alloys

• Applicant: Professorin Dr.-Ing. Carolin Körner
• Subject Area: Metallurgical, Thermal and Thermomechanical Treatment of Materials ; Mechanical Properties of Metallic Materials and their Microstructural Origins
• Term: from 2018 to 2023
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 412132208

• Final Report Year: 2024

Final Report Abstract

Eine Steifigkeitserhöhung von Al-Legierungen ist effektiv nur durch eine Verstärkungsphase möglich. Dazu bisher genutzte keramische Partikel haben den Nachteil einer schlechten Benetzbarkeit, einer Neigung zur Agglomeration und einer abweichenden thermischen Ausdehnung. In diesem Vorhaben wurde als Verstärkungsphase die intermetallische Phase Al3Ti genutzt, die während des Gießprozesses gezielt in-situ erzeugt werden kann. Dazu wurde ein Versuchsaufbau, bestehend aus Induktionsheizung und einer speziellen High-Shear-Mixeinheit, realisiert und in eine vorhandene Druckgussanlage integriert. An den damit erzeugten Proben wurde gezeigt: • Es kann eine homogene Verteilung der Verstärkungsphase ohne Agglomerationen mit der Einschränkung einer druckgusstypischen Verarmung im oberflächennahen Bereich erzeugt werden. • Bei Bruch versagt nicht die Grenzfläche zwischen Matrix und Verstärkungsphase, sondern die Matrix und teilweise die Verstärkungsphase selbst. • Der E-Modul und damit die Steifigkeit steigt entsprechend der errechneten Vorhersage an. Die materialwissenschaftlichen Fragestellungen konnten geklärt werden. Es verbleiben folgende prozesstechnische Herausforderungen: • Bei hohen Partikelgehalten kommt es während des High-Shear-Mixprozesses zu einem hohen Gaseintrag bis hin zum Aufschäumen. • Bei hohen Partikelgehalten lässt sich die Schmelze nur unter Schwierigkeiten in die Gießkammer applizieren. • Für den industriellen Einsatz müsste die Standzeit der High-Shear-Mixeinheit deutlich erhöht werden.

Publications

• In situ Al3Ti/Al composites fabricated by high shear technology: microstructure and mechanical properties. Materials Science and Technology, 35(18), 2294-2303.
  Zeng, Yan; Himmler, David; Randelzhofer, Peter & Körner, Carolin
  
• Formation kinetics and phase stability of in-situ Al3Ti particles in aluminium casting alloys with varying Si content. Results in Materials, 7, 100103.
  Himmler, David; Randelzhofer, Peter & Körner, Carolin
  
• Processing of in situ Al3Ti/Al composites by advanced high shear technology: influence of mixing speed. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 110(5-6), 1589-1599.
  Zeng, Yan; Himmler, David; Randelzhofer, Peter & Körner, Carolin
  
• Halbautomatische Herstellung und Eigenschaften von in situ Al3Ti-verstärkten Aluminiumgusslegierungen im Druckgießen, Giesserei 02/2021, S. 61
  Gruber D.
  
• In-situ Al3Ti particle reinforcement for stiff aluminum die castings. Journal of Alloys and Compounds, 904, 163984.
  Himmler, David; Randelzhofer, Peter & Körner, Carolin
  
• Steifigkeitserhöhung von Aluminium-Druckgusslegierungen durch in-situ gebildete Al3Ti-Partikel - Prozesstechnologie und Charakterisierung
  Himmler D.