Einfluss der Zusammensetzung auf die mechanischen und physikalischen Eigenschaften von AlSi-Gusslegierungen fur Anwendungen bei erhohten Temperaturen

摘要

Veroffentlichungen, welche die Thematik "warmfeste AISi-Gusslegierungen" behandeln, betrachten bei der Interpretation der Versuchsergebnisse den Einfluss von Legierungselementen oftmals sehr isoliert. Aus diesem Grund werden meist auch keine (wechselseitigen) Abhangigkeiten der einzelnen Hauptlegierungselemente untereinander aufgezeigt. Zwar gibt es durchaus Moglichkeiten, die Hochtemperaturbestandigkeit von AlSi-Legierungen uber die Zugabe einzelner Legierungselemente zu steigern, die Untersuchung etwaiger negativer Wechselwirkungen beim kombinierten Einsatz mehrerer Legierungsbestandteile stand bisher jedoch nicht im Mittelpunkt des Interesses. Doch ist es genau diese Kenntnis der gegenseitigen Interaktion, welche die Moglichkeit bietet, Legierungen mit maximierten thermo-mechanischen Eigenschaften moglichst okonomisch herzustellen. In den vergangenen Jahrzehnten haben sich durch empirische Vorgehensweise klassische Warmfestigkeitserhohende Legierungselemente herauskristallisiert, deren Wirkungsweise zwar phanomenologisch bekannt ist, die jedoch noch einen grossen Spielraum dahingehend lassen, ihre Konzentrationsbereiche massgeblich einzuschranken, ohne dabei zu hohe Abstriche in Bezug auf die Hochtemperaturanwendungen der Legierungen machen zu mussen. Im Rahmen der durchgefuhrten Untersuchungen wurden mehrere Hauptlegierungselemente identifiziert, welche miteinander wechselwirken und so die Warmfestigkeit von AlSi-Gusslegierungen auf entscheidende Weise beeinflussen. Als Alternative zur Ermittlung der mechanischen Kennwerte im Warmzugversuch bieten thermodynamische Berechnungen einen theoretischen Ansatz zur Vorhersage der Festigkeit, bei Kenntnis der jeweils wirksamen Festigkeitsmechanismen. Zudem wurde der Einfluss der Legierungselemente Cu und Ni auf die Warmeleitfahigkeit (WLF) von insgesamt 36 unter- und naheutektischen Legierungsvarianten untersucht, wobei sich unerwartet hohe Schwankungen ergaben. Die Mikrostruktur kommerzieller warmfester AlSi-Sekundargusslegierungen ahnelt "partikelverstarkten" Mehrphasenverbundwerkstoffen, wobei die thermischen Eigenschaften solcher Materialien ublicherweise zwischen jenen ihrer Einzelbestandteile liegen und von den Volumenanteilen der jeweiligen intermetallischen Phasen (IMP) abhangen. Durch Ermittlung der Warmeleitfahigkeit verschiedener IMPs mit dem Laserflashverfahren ist es moglich, thermische Kennwerte bei bekannter Legierungszusammensetzung naherungsweise abzuschatzen. Die gewonnenen Ergebnisse und die Kenntnis der Temperatur- und Spannungsverteilung in realen Bauteilen als Funktion der WLF ermoglichen eine Gegenuberstellung der jeweiligen Legierungen in Bezug auf eine ideale Kombination aus hoher Warmfestigkeit und maximaler Warmeleitfahigkeit.