Werkstoffe Keramikstrukturen in Stahlmatrix inspirieren den Leichtbau

Autor / Redakteur: Peter Michel, Steffen Wolf, David Ehinger und Alexander Glage / Helmut Klemm

Aus einer neuen Gruppe von Stahl-Keramik-Verbundwerkstoffen lassen sich mithilfe von sinterartigen Verfahren endkonturnahe Teile und mittels plastischer Formgebung blechförmige und profilartige Halbzeuge mit zellularen Strukturen herstellen. Daraus ergeben sich neue Möglichkeiten für alle Arten des Leichtbaus.

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Bild 1: Aus solchen Wabenkörpern könnten Halbzeuge oder auch Crashbauteile aus dem neuen Verbundwerkstoff bestehen, bei dem Keramikstrukturen in eine Stahlmatrix homogen oder inhomogen eingebettet sind.
Bild 1: Aus solchen Wabenkörpern könnten Halbzeuge oder auch Crashbauteile aus dem neuen Verbundwerkstoff bestehen, bei dem Keramikstrukturen in eine Stahlmatrix homogen oder inhomogen eingebettet sind.
(Bild: TU Freiberg)

Nachdem bereits über die Entwicklung neuer Stahlguss-Keramik-Verbundwerkstoffe im Rahmen des Sonderforschungsbereichs Trip-Matrix-Composite berichtet wurde [1], sollen nun erste Ergebnisse zu den ermittelten mechanischen Eigenschaften sowie mögliche Anwendungsbereiche der verschiedenen Verbundwerkstoffe vorgestellt werden. Die chemische Zusammensetzung der verwendeten Stahlpulver der drei aus den neu entwickelten Cr-Mn-Ni-Stählen ausgewählten Basislegierungen sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Die durchschnittliche Partikelgröße d50 betrug 25 µm. Übergangsweise wurde einStahlpulver aus dem kommerziellen Trip-Stahl 1.4301 verwendet (Trip bedeutet Transformation Induced Plasticity – umwandlungsbewirkte Plastizität). Die Mg-PSZ-Keramik (PSZ bedeutet Partially Stabilized Zirconia – teilstabilisiertes Zirkonoxid) ist ein handelsübliches Pulver mit 3,5 Masse-% MgO.

Die Keramikpartikel wiesen eine mittlere Partikelgröße d50 von 1,3 µm auf. Der monokline Phasenanteil im Ausgangszustand betrug etwa 10 %.

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Nachweis der kombinierten martensitischen Phasenumwandlung

Mit dem Nachweis der spannungsunterstützten martensitischen Phasenumwandlung des ZrO2 in Trip-Stahl/Mg-PSZ-Verbundwerkstoffen war die Annäherung an eines der wesentlichen Ziele der Forschungen an Trip-Matrix-Composites, die Nutzung der Verstärkungseffekte durch die martensitischen Phasenumwandlungen in beiden Komponenten, gelungen [2].

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