Werkstoffe

Keramikstrukturen in Stahlmatrix inspirieren den Leichtbau

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Optimierungsmöglichkeiten bezüglich des Anteils der umwandlungsfähigen tetragonalen Phase im ZrO2 durch Variation der chemischen Zusammensetzung und der Sinterbedingungen wurden ermittelt [3].

Mechanische Kennwerte

In den grundlegenden Untersuchungen zu den Werkstoffvariationen und Herstellungsverfahren konnten für die Verbundwerkstoffe erste mechanische Kennwerte an SPS-Proben (Spark-Plasma-Sintering) ermittelt werden (Tabelle 2). Aufgrund der noch nicht verfügbaren Eigenentwicklungen wurden in der Anfangsphase die Verbundwerkstoffe mit dem konventionellen Stahl 1.4301 hergestellt.

Bildergalerie

Ausgehend von möglichen Anwendungen im Bereich des Fahrzeugbaus unter Nutzung des Leichtbaupotenzials von Wabenstrukturen (Bild 1) wurde das Energieabsorptionsvermögen der neuen Verbundwerkstoffe ermittelt (Tabelle 3).

Unter dem Aspekt des Einsatzes derartiger Leichtbaustrukturen in höchstbeanspruchten Bauteilkomponenten innerhalb des Fahrzeugbaus, der Bahntechnik oder der Luftfahrt ist sowohl das temperaturabhängige als auch das dehngeschwindigkeitsempfindliche Fließspannungsverhalten der Wabenstrukturen aus Composite-Werkstoffen von besonderer Bedeutung. Bild 2 zeigt das prinzipielle Verhalten der mechanischen Eigenschaften einer Composite-Wabenstruktur unter dem Einfluss unterschiedlicher Temperaturen.

Einsatz der neuen Werkstoffe für zyklisch beanspruchte Bauteile

Für den Einsatz der neuen Werkstoffe für zyklisch beanspruchte Bauteile, wie es im Fahrzeug- und Maschinenbau typisch ist, wurden erste Untersuchungen durchgeführt. In den grundlegenden Versuchen wurde für die Stahlmatrix ein Pulver aus Trip-Stahl 1.4301, bezogen von TLS Bitterfeld, verwendet. Die Verbundwerkstoffe daraus wurden mit 0,5 und 10 Vol.-% Mg-PSZ hergestellt und an ihnen Dehnungswöhlerlinien und zyklische Spannungs-Dehnungs-Kurven ermittelt.

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