Mikromechanische Charakterisierung und Mikrostrukturmodellierung von gegossenen Schichtverbundwerkstoffen aus Aluminium/Stahl-Hybriden
Angesichts der steigenden Nachfrage nach ressourceneffizienten, hochfesten und leichten Konstruktionen und der damit verbundenen Herausforderungen bei der Verarbeitung solcher Materialien ist die Entwicklung und Erforschung neuer innovativer Werkstoffe mit überlegenen Eigenschaften unabdingbar.
Stahl ist bekannt für seine hohe Festigkeit und Zähigkeit und ist das weltweit am häufigsten verwendete Metall, insbesondere in der Bau- und Transportindustrie. Aluminium hingegen ist das in der Erdkruste am häufigsten vorkommende metallische Element und verfügt über besondere Eigenschaften wie geringes Gewicht (etwa dreimal leichter als Stahl, aber höheres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht), hervorragende Korrosionsbeständigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit usw. Durch die Kombination von Aluminium und Stahl können die besonderen Eigenschaften der einzelnen Komponenten genutzt werden, so dass ein einziges Bauteil mit hoher Festigkeit, geringem Gewicht und guter Korrosionsbeständigkeit entsteht. Dies führt zu einer ressourceneffizienten, nachhaltigen und verbesserten Kraftstoffeinsparung.
In diesem Projekt verfolgen wir einen kombinierten Ansatz zur Materialforschung, welcher Experimente, fortschrittliche Materialcharakterisierung und Modellierung umfasst. Ziel ist es, intermetallische Schichten, die sich beim Verbundguss unterschiedlicher Werkstoffe (Aluminium und Stahl) bilden, ganzheitlich zu untersuchen und zu charakterisieren und optimale Parameter zu bestimmen, um eine maximale Bindung sowie beste mechanische Eigenschaften bei möglichst kurzer Haltezeit während des Verbundgusses zu erzielen. Darüber hinaus entwickeln und validieren wir Modelle zur Vorhersage der Wachstumskinetik dieser Schichten, die dann verallgemeinert und für andere Komponentensysteme verwendet werden können. Des Weiteren werden thermodynamische Berechnungen mit CALPHAD durchgeführt, um die experimentellen Ergebnisse zu untermauern und die Stabilität der Phase(n) zu untersuchen, die sich in der Verbindungszone bei unterschiedlichen Temperaturen und Zusammensetzungen bilden. Schließlich wird die Vorhersage und Modellierung der Wachstumskinetik von intermetallischen Schichten während des Verbundgusses in OpenFoam implementiert.
Finanzierung: DFG
Projektpartner: Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen, Technische Universität München
Laufzeit: 15. Januar 2024 - 14. Januar 2026
Verantwortlich:Chukwuemeka Lucky Ihemaguba