Werkstoffe

Keramikstrukturen in Stahlmatrix inspirieren den Leichtbau

Seite: 3/4

Firmen zum Thema

Bild 3a zeigt, dass der Ermüdungsverlauf der Basquin-and-Mandson-Coffin-Beziehung folgt. Die Ergebnisse der Ermüdungslebensdauer der mit Keramik verstärkten Materialien fallen unter LCF-Bedingungen stark ab (LCF bedeutet Low Cycle Fatigue – Kurzzeitermüdung). Allerdings nimmt mit geringerer Dehnungsamplitude auch der Abstand zwischen den Ermüdungsverläufen der untersuchten Werkstoffe ab. Die zyklischen Spannungs-Dehnungs-Kurven in Bild 3b wurden mit der Ramberg-Osgood-Beziehung angepasst, die Datenpunkte bei der halben Lebensdauer ermittelt.

Höhere Spannungswerte aufgrund der Keramikverstärkung

Aus dem Verlauf der Kurven ergibt sich der Schluss, dass die Keramikverstärkung eine Verschiebung zu höheren Spannungswerten bewirkt. Bei geringen Spannungsamplituden liegt die zyklische Spannungs-Dehnungs-Kurve des unverstärkten Stahls unter der statischen Kurve, was darauf hinweist, dass das Material durch eine zyklische Entfestigung charakterisiert ist. Bei höheren Dehnungsamplituden zeigt der Stahl eine zyklische Verfestigung. Der Wert der zyklischen Entfestigung sinkt signifikant in den MMC (Metall-Matrix-Composites) mit steigendem Keramikanteil, sodass die zyklische Spannungs-Dehnungs-Kurve des MMC mit 10 Vol.-% MG-PSZ nahe an der quasistatischen Kurve liegt, ohne eine ausgeprägte zyklische Entfestigung zu zeigen [7].

Bildergalerie

Geometrien pulvermetallurgischer und infiltrierter Werkstoffe

Ausgehend von den dargestellten Herstellungsrouten eignen sich die neuen Werkstoffe für die Herstellung endkonturnaher Bauteile analog den konventionellen Sintertechnologien. Perspektivisch sind auch kleinere blechförmige Halbzeuge und daraus umgeformte Profilteile denkbar.

Die mittels plastischer Formgebung verarbeiteten Werkstoffe sind eher für die Herstellung langer, profilierter Halbzeuge geeignet oder für Bauteile aus Abschnitten solcher Halbzeuge (etwa Vollprofile oder Profile mit dünnwandigen, zellularen Strukturen). Die zellularen Strukturen mit ebenen Profilflächen (zum Beispiel Wabenkörper) können durch keramisches Fügen miteinander verbunden werden, sodass durch das Sintern eine feste, unlösbare Verbindung entsteht.

Die keramischen Halbzeuge für die Makrostrukturen (Stränge oder Geflechte) der Infiltrationsroute werden auch auf diese Weise hergestellt. Anwendungsmöglichkeiten sind aufgrund der realisierbaren Geometrien und der Werkstoffeigenschaften für diese Teile im Fahrzeug- und Maschinenbau denkbar. Für die Wabenstrukturen bietet sich aufgrund des günstigen Gewichts-Steifigkeits-Verhältnisses der Einsatz als Crashstrukturen und im Leichtbau an.

(ID:39085920)