Verhalten einer AlSi9-Mikrostruktur unter Last und Berechnung der mechanischen Eigenschaften auf Basis der Mikrostruktur

摘要

Das mikrostrukturelle Verhalten einer AlSi9-Legierung wird experimentell und numerisch untersucht. Anhand unterschiedlich schnell erstarrter Gussproben werden Schliffbilder erstellt sowie der sekundare Dendritenarmabstand (DAS), der Abstand der eutektischen Siliziumkristalle und der Anteil der eutektischen Phase analysiert. Zur Ermittlung der Spannungs-Dehnungs-Kurven werden Zugversuche durchgefuhrt. Zugversuche im Neutronenstrahl ermoglichen die Analyse der phasenspezifischen Lastaufteilung zwischen Aluminium und Silizium. Die hierbei gerissenen Zugproben werden mittels Tomographie hinsichtlich der Porenverteilung untersucht. Weiterhin erfolgt der Aufbau, die Kalibrierung und Validierung eines Simulationsmodells zur Berechnung der Spannungs-Dehnungs-Kurven auf Basis der Mikrostruktur eines Schliffbilds. Ziel der Arbeit sind Erkenntnisse zum mikrostrukturellen Verhalten der Legierung unter Last sowie die Berechnung von mechanischen Kennwerten auf Basis der Mikrostruktur. Aluminium bietet als Konstruktionswerkstoff in allen Bereichen der Technik zahlreiche Vorteile, wie zum Beispiel einen hohen Korrosionswiderstand, eine gute elektrische und thermische Leitfahigkeit, gute Festigkeit bei hoheren Temperaturen oder eine geringe Dichte [1,2]. Die Kombination des Urformverfahrens Giessen mit dem gut zu verarbeitenden Werkstoff Aluminium fuhrt zu einer grossen konstruktiven Gestaltungsfreiheit bei den bereits erwahnten positiven Eigenschaften. Speziell Aluminium-Silizium-Legierungen finden im Giessereibereich breite Anwendung als Strukturbauteile, Kolben, Zylinderkopfe und Kurbelgehause [3]. Sie zeichnen sich durch eine sehr gute Giessbarkeit sowie hohe mechanische und dynamische Eigenschaften aus [4]. Fur den Einsatz im Motorenbereich sind vor allem die mechanischen Festigkeiten massgebend.