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Telefon: +49 (0) 3731/39-4017 Fax: +49 (0) 3731/39-4021 E-Mail: [email protected] 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
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
