durch Thixo-Schmieden Thermische Beschichtung Composite-Herstellung

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1 durch Thixo-Schmieden Thermische Beschichtung Composite-Herstellung
Herstellung von kontinuierlich verstärkten Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen durch Thixo-Schmieden Innerhalb des CCT- Projekts `Leichtbau durch den Einsatz von MMC- Werkstoffen´ wurde das Verfahren zur Herstellung von kontinuierlich verstärkten Metall-Matix-Verbundwerkstoffen aus der semi-solid Phase entwickelt und zum Patent angemeldet. Durch Kombination einer Grund- oder Matrixkomponente mit Hilfe einer einzubettenden Verstärkungskomponente können über den Volumengehalt dieses textilen Halbzeugs spezifische Werte (Rule of Mixture) an E-Modul, Zugfestigkeit und Streckgrenze, Dauerfestigkeit, sowie thermischer Expansion eingestellt werden. Gegenüber bisherigen Verfahren zur Herstellung von Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen zeichnet sich die Prozessroute aus der teilflüssigen Phase vorallem durch kurze Taktzeiten, geringe Umformkräfte und lange Fließwege aus. Besonderer Dank gilt dem Land Baden-Württemberg für die Einrichtung des Center of Competence for Casting and Thixoforging Thixo-Schmieden Thixotropes Verhalten bedeutet die Verringerung der Strukturstärke während einer Scherbelastungsphase und ihren mehr oder weniger schnellen, aber vollständigen Wiederaufbau während der nachfolgenden Ruhephase. Thixo-Schmieden ist Schmieden bei Temperaturen zwischen Solidus- und Liquidus- temperatur. Der Werkstoff besteht dabei aus ca % Flüssigphase und weist ein thixotropes Fließverhalten auf. Prozessrouten Matrix Verstärkung Prepreg + Route A Thermische Beschichtung Kohlenstoff- Faser Thermische Spritzschicht Kohlenstofffaser Blech-Halbzeug + Temperaturbereiche für das Thixo-Schmieden Route B Blech- Halbzeug Kohlenstoff- Faser Knetlegierung: AlMgSi1 700 Gusslegierung: AlSi7Mg O = 642°C Liquiduslinie Wärme-behandlung Composite-Herstellung Erwärmung L Temperatur in °C U = 638°C Liquiduslinie 600 AL + L L + Si O = 586°C argon Soliduslinie AL U = 577°C AL + Si 500 5 10 15 20 25 Siliziumgehalt in Gew% Prepregherstellung Formgebung Herstellung des Werkstoffverbundes + Formgebung auf der Hochgeschwindigkeits- Thixo-Schmiedepresse des Instituts für Umformtechnik (IFU) Öl Kolbenspeicher Hydraulikzylinder Stößel Stickstoffspeicher Presse mit Speicherantrieb ▪ Stößeldruckkraft: 5000 kN ▪ Auswerferdruckkraft: kN ▪ Stößelgeschwindigkeit: 800 mm/s ▪ nutzbarer Stößelhub: 300mm ▪ Pumpenleistung: kW ▪ Pressentisch: 900 mm x 900 mm Bauteilgeometrie: angepasste an begrenzte Umformbarkeit der Verstärkungskomponente Flottierung  Knickbereiche Mikrostruktur Rastelektronenmikroskopie Transmissionselektronenmikroskopie Ausblick ▪ kinematisches Verhalten der Verstärkungskomponente während der Umformung ▪ Verifikation der Vorgänge in der Interfaceschicht ▪ Einsatz von Schutz- und Haftvermittlerschichten ▪ Untersuchungen bezüglich mechanischer Kennwerte, Eigenspannungen, Spannungsüberhöhungen, etc. ▪ FEM-Simulation mit ANSYS LS-DYNA, Flow3D, Deform 3D Abbildung Ausscheidungen an Interfaceschicht C- Faser TEM- Lamelle: d=100 – 200nm Matrix: AlSi6 – APS 120μm pro Seite Verstärkung: Gewebe 2/2-Köperbindung 18 Lagen Werkzeug: 250°C Ausscheidungen: l= nm Beugungsbild Al4C3 in [100] a b c x y z Ansprechpartner: Peter Unseld Dr. Viola Küstner Tel.: – Tel.: +49(0)711/ Konstantin von Niessen Tel.: –

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