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

Ergebnisse der 2. Förderperiode

0 100 200 300

Zeit [s]

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

Prof. Dr.-Ing. Rudolf Kawalla, Dr.-Ing. Sergej Guk, Institut für Metallformung Prof. Dr.-Ing. Lutz Krüger, Dr.-Ing. Sabine Decker, Institut für Werkstofftechnik

A6: Sintern und Warmformgebung sowie Eigenschaftscharakterisierung II Spark Plasma Sintern

Motivation und Zielsetzung

Projektplanung und Vernetzung Inhalt der Arbeitspakete

100 Vol.-% Mg-PSZ

60 Vol.-% Mg-PSZ

10 Vol.-% Mg-PSZ

30 Vol.-% Mg-PSZ

5 Vol.-% Mg-PSZ

Stahl

Temp

eratu

rgra

dient

Sintern und gleichzeitiges Fügen von Hohlkugelstrukturen Hoher elektrischer Widerstand und demzufolge

hohe Wärmeentwicklung an Kugelkontakten und in Kugelwänden Herausfordernd ist die Erhaltung der Kugelform

trotz Sinterdruck und hoher Temperatur Erforschung der Mikrostruktur und der

mechanischen Eigenschaften

Sintern von Gradientenwerkstoffen Verdichtung von keramikreicher Phase

ohne Aufschmelzen der stahlreichen Phasen durch gezielt eingestellten Temperaturgradienten Erforschung der Mikrostruktur und der

mechanischen Eigenschaften bei variierender Schichtung

Mikrostrukturentwicklung während SPS

5 Vol.-% Mg-PSZ +16-6-6 TRIP-Stahl

500 600 700 800 900 1000 1100

60

70

80

90

100

rela

tive

Dich

te [%

]

Temperatur [°C]

TRIP-Stahl α‘γ

Mg-PSZ monoklin

tetragonal

5 μm

Rekristallisation

• Kornwachstum • Destabilisierung

des Mg-PSZ • Festigkeit der

Stahl/Mg-PSZ-Grenzflächen steigt

Steigerung des Sinterdrucks führt zu vermindertem Kornwachstum in der Stahlmatrix und reduziertem monoklinem Anteil im Mg-PSZ in leitfähigen Verbundwerkstoffpulvern

Homogene Verteilung des Mg-PSZ in der TRIP-Stahlmatrix

Mechanische Verklammerung durch energiereiches Mischen (100 rpm vs. 250 rpm; 16-6-6 + 5 Vol.-% Mg-PSZ) Beschleunigte Sinterung durch Rekristallisation Kornfeinung Destabilisierung des Mg-PSZ Verstärkte spannungs-induzierte

Phasenumwandlung Steigerung der Stauchfestigkeit

Reduzierung der Stahlpartikelgröße durch erhöhte Schwefelkonzentration (16-7-9 + 10 Vol.-% Mg-PSZ) Verstärkte Destabilisierung des Mg-PSZ Reduzierte spannungs-induzierte Phasenum- wandlung Steigerung der Stauchfestigkeit 5 μm

MnS Cr2S3

CrS

Mg-PSZ

A01 – Infiltration A02 – Stahl-DesignA05 – PM-WerkstoffA06 – Sintern und Formgebung

B01 – Grenzfläche B02 – MikrostrukturB03 – ErmüdungB04 – Biaxial

S02 – Sintern

A – Werkstoffentwicklung B – Werkstoffcharakterisierung

C – Werkstoffmodellierung S – Servicebereich

Material

C2 – Bestimmung der WärmekapazitätC4 – Modellierung der

Umwandlungsmechanismen in CompositenC5 – Modellierung von partikelverstärkten und

gradierten MMCsC8 – Ausscheidungsbildung in Stählen

Z1 – Pulverbeschaffung und -fraktionierung, Sinterung (HP, HIP, SPS für Upscaling IKTS)

B1 – GrenzflächenB2 – mechanische Eigenschaften & MikrostrukturB3 – ErmüdungsverhaltenB5 – in situ CharakterisierungB6 – Korrosionsverhalten

A1 – MMC-StrukturenA2 – StahlentwicklungA7 – Thermisches Fügen von MMCsT2 – Herstellung FederbandT3 – Anwendungen im Rädergetriebe

A6

Sintern und Warmformgebung

sowie Eigenschafts-

charakterisierung

Proben

Daten

Daten

Material

Daten

Proben

Material

Proben

Daten

Verstehen und Variieren der Temperaturverteilung bei der Sinterung von Gradientenwerkstoffen; Charakterisierung der Mikrostruktur und der mechanische Eigenschaften Sintern und gleichzeitiges Fügen, sowie Charakterisierung von

Hohlkugelstrukturen Sintern von Bulkmaterial mit modifizierten Stahl/Mg-PSZ-Grenzflächen sowie

mit ausscheidungshärtender Stahlmatrix

10 μm 10 μm

100 rpm 250 rpm

Vernetzung Projektbereich A: Fertigung von Hohlkugeln und metallokeramischem Papier;

Abstimmung bzgl. Ausgangsmaterialien Projektbereich B: Materialcharakterisierung Projektbereich C: Modellierung von Verbundwerkstoffen

5 mm