A1: Gießformgebung Composite I - tu-freiberg.de...2016/01/22  · Entwicklung der Fügemethoden...

Telefon: +49 (0) 3731/39-4017 Fax: +49 (0) 3731/39-4021 E-Mail: sfb799@tu-freiberg.de Web: http://sfb799.tu-freiberg.de

Sonderforschungsbereich 799: TRIP-Matrix-Composite Design von zähen, umwandlungsverstärkten Verbundwerkstoffen und Strukturen auf Fe-ZrO2-Basis Technische Universität Bergakademie Freiberg

Ergebnisse der 2. Förderperiode

TU Bergakademie Freiberg Geschäftsstelle des Sonderforschungsbereichs 799 Institut für Werkstofftechnik Gustav-Zeuner-Straße 5, 09599 Freiberg

Motivation und Zielsetzung

Projektplanung und Vernetzung

Vision Entwicklung von Strukturbauteilen über die Papiertechnologie für innovative Verbundwerkstoffe im Sinne des Leichtbaus Generierung von neuartigen Eigenschaften durch Kombination von austenitischem TRIP-Stahl und metastabilem ZrO2:

Entwicklung von TRIP-fähigen Verbundwerkstoffen mit ZrO2-Faserstruktur Teilweise Substitution der Cellulosefasern

durch Zirkoniumdioxidfasern Verwendung von Vorstufenfasern und

gesinterten Fasern Kalandrierparameter Entbinderungs- und Sinterregime Charakterisierung der mechanischen

Eigenschaften

Leichtbaustrukturen aus metallokeramischem Papier Entwicklung von gewellten Halbzeugen

aus flachen kalandrierten Papieren mit Hilfe eines Wellengerätes Entwicklung der Fügemethoden Überführung in Makrostrukturen Entbinderung und Sinterung Charakterisierung der mechanischen

Eigenschaften

Druckschlickerguss von Stahl-Keramik Verbundwerkstoffen Entwicklung von metallokeramischem Papier

3D-CT Abbildungen eines grobkörnigen Korund-versatzes mit 20 Vol.-% Stahl; analysiertes Volumen: 500 x 500 x 900 Voxel mit einer Voxelkantenlänge von 14,38 µm

REM-Aufnahme einer Bruchfläche der Probe 80/20 (a) REM-Abbildung, (b) EBSD-Bandkontrast, (c) EBSD-Phasenanalyse (rot: Austenit, grün: Martensit, blau: α-Al2O3)

100/0/0 90/10/0 80/20/0 80/10/10

Gesamtporosität % 21,7 22,0 22,9 22,0 Thermischer Aus-dehnungskoeffizient (RT - 650 °C)

1/K 8,09·10-6 8,47·10-6 9,60·10-6 9,68·10-6

3 Pkt.-Biegefestigkeit (RT)

MPa 15,5 ± 4,8 13,6 ± 0,8 12,6 ± 3,1 6,7 ± 0,4

3 Pkt.-Biegefestigkeit (nach Thermoschock)

MPa 5,5 ± 2,6 5,2 ± 0,7 6,3 ± 1,0 4,2 ± 0,2

Festigkeitsverlust % 64,2 61,7 49,9 37,9

E-Modul GPa 12,8 ± 2,0 9,7 ± 0,5 9,4 ± 0,9 4,1 ± 0,2

Physikalische und mechanische Eigenschaften der Al2O3-reichen Verbundwerkstoffe

Reibungskoeffizienten der druckschlicker-gegossenen Proben im Stift-Scheibe Versuch (Masterarbeit C. Krumbiegel)

Thermische Zersetzung der Cellulosefasern

20 µm 20 µm

REM-Aufnahmen einer gesinterten Probe, 100/0 (Vol.-% Stahl/Vol.-% ZrO2)

Spannungs-Dehnungs-Kurven der stahlreichen Versätze

100/0 95/5 90/10

Schwindung % 15,8 ± 0,4 15,2 ± 0,2 14,6 ± 0,9

Rohdichte g/cm³ 2,65 3,78 3,1 Gesamt-porosität % 65,9 50,8 59,1

Zugfestigkeit N/mm² 176,6 ± 12,1

123,3 ± 3,1

103,3 ± 14,4

Bruchdehnung % 0,5 ± 0,06 0,5 ± 0,01 0,4 ± 0,04

Physikalische und mechanische Eigenschaften der stahlreichen Verbundwerkstoffe

Arbeitspaket 1 TRIP-fähige Verbundwerkstoffe mit ZrO2-Faserstruktur Entwicklung von ZrO2-Fasern über das

Elektrospinnen Entbinderungs- und Sinterparameter Walzparameter Generierung der faserverstärkten

Halbzeuge Charakterisierung

Arbeitspaket 3 Leichtbaustrukturen aus metallokeramischem Papier Erzeugen von gewellten Papieren Entwicklung Fügeschlicker 3D-Strukturen Entbinderungs- und Sinterparameter Charakterisierung Optimierte Wellenform Optimierte 3D-Strukturen

Meilensteine II/2018 Walzparameter bestimmt II/2019 Charakterisierung beendet, Rückinformation von B2, B5 III/2019 Strukturen an B2 und B5 geben

TRIP-fähige Verbundwerkstoffe mit ZrO2-Faserstruktur, Leichtbaustrukturen aus metallokeramischem Papier

Prof. Dr.-Ing. habil. Christos Aneziris, Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik

A1: Gießformgebung Composite I

Energieabsorption Festigkeit

Verformbarkeit Zähigkeit

a) b) c)