Werkstoffe

Keramikstrukturen in Stahlmatrix inspirieren den Leichtbau

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Infiltrierte Werkstoffe

Die herstellbaren Geometrien entsprechen prinzipiell denen herkömmlicher Gussteile und können sehr unterschiedlich sein. Es ist möglich, die keramischen Makrostrukturen homogen in der metallischen Matrix (etwa bei Schaumkörpern, Strängen oder regelmäßigen Geflechten) oder inhomogen zur gezielten partiellen Verstärkung anzuordnen.

Infiltrierte Werkstoffe mit einer homogenen Verteilung der Keramikanteile an der Oberfläche (zum Beispiel Schaumkörper) könnten günstigere Verschleißeigenschaften aufweisen. Untersuchungen dazu sind in der zweiten Phase der Arbeiten des Sonderforschungsbereiches SFB 799 geplant. Anforderungsgerecht angeordnete Keramikstrukturen könnten zur Gewichtsreduzierung oder partiellen Verstärkung der Bauteile beitragen. Anwendungen sind im Maschinen- und Fahrzeugbau möglich.

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Ausblick auf die weitere Forschung

Nach dem derzeitigen Stand werden die Forschungsarbeiten zur Erzeugung einer ganzen Werkstofffamilie von Stahlmatrix-Verbundwerkstoffen, die durch das Wechselspiel der martensitischen Phasenumwandlungen im Stahl und in der Keramik sowie durch die mechanische Zwillingsbildung im Stahl herausragende Eigenschaften aufweisen, bis 2016 fortgesetzt.

In der zweiten Förderperiode des SFB 799 steht das gezielte Design der Trip-Matrix-Composites, der Mikrostrukturen und der Phasengrenzflächen im Mittelpunkt. Dazu werden weitere pulvermetallurgische Verfahrenstechniken der Keramikindustrie auf Trip-Matrix-Verbundwerkstoffe und Gradientenwerkstoffe übertragen und das Warmumformen gesinterter Vorformen zur Herstellung flacher Halbzeuge integriert.

Die Eigenschaften der Stähle werden für die Verwendung in den Trip-Matrix-Composites durch Mischkristall- und Ausscheidungshärtung gezielt angepasst.

Unter dem Aspekt des möglichen Einsatzes im Fahrzeug- und Maschinenbau werden Grundlagenuntersuchungen über das Korrosionsverhalten und den Korrosionsschutz sowie das Fügen der Verbundwerkstoffe zu komplexeren Bauteilen mittels Elektronenstrahltechnologien in die Forschungsarbeiten einbezogen.

Literatur

[1] Michel, P., Jahn, A., Weigelt, C. und Martin, S.: „In Kombination mit Keramik gewinnt Stahl an Belastbarkeit.“ In: MM Maschinenmarkt (2013) Nr. 14, Seite 44 – 47.

[2] Aneziris, C. G., Berek, H., Hasterok, M., Biermann, H., Wolf, S. und Krüger, L., „Novel TRIP-steel/Mg-PSZ composite-open cell foam structures for energy absorption“, Advanced engineering materials, Bd. 12, Nr. 3, pp. 197-204, 2010.

[3] Berek, H., Yanina, A., Weigelt, C. und Aneziris, C. G. , „Determination of phase distribution in sintered TRIP-matrix/Mg-PSZ composites using EBSD,“ Steel research international, Bd. 82, Nr. 9, pp. 1094-1100, 2011.

[4] Krüger, L., Decker, S., Ohser-Wiedemann, R., Ehinger, D., Martin, S., Seifert, M. U. und H. J., „Strength and failure behaviour of spark plasma sintered steel-zirconia composites under compressive loading,“ Steel research international, Bd. 82, Nr. 9, pp. 1017-1021, 2011.

[5] Krüger, L., Ehinger, D., Martin, U., Martin, S., Weigelt, C. und Aneziris, C. G., „Microstructure and mechanical properties of cold extruded, cellular TRIP-matrix composite structures under quasistatic and dynamic compression,“ WIT Transactions on The Built Environment, Nr. 112, pp. 39-49, 2010.

[6] Ehinger, D., Krüger, L., Martin, U., Weigelt, C. und Aneziris, C. G., „Deformation Mechanisms and Martensitic Phase Transformation in TRIP-Steel/Zirconia Honeycombs,“ Steel research int. , Bd. 83, Nr. 6, pp. 565-575, 2012.

[7] Glage, A., Martin, S., Decker, S., Weigelt, C., Junghans, M., Aneziris, C. G., Martin, U., Krüger, L. und Biermann, H., „Cyclic Deformation of Powder Metallurgy Stainless Steel/Mg-PSZ Composite Materials,“ Steel research international, Bd. 83, Nr. 6, pp. 454-464, 2012.

[8] Weiß, A., Gutte, H., Radtke, M., Scheller, P., Patentanmeldung WO 2008/009722A1 v. 24.01.2008

* Dr.-Ing. Peter Michel ist Geschäftsführer des Sonderforschungsbereichs SFB 799 über Trip-Matrix-Composite am IWT der TU Bergakademie Freiberg, 09599 Freiberg. Dr.-Ing. Steffen Wolf, Dipl.-Ing. David Ehinger und Dipl.-Wirtsch.-Ing. Alexander Glage sind wissenschaftliche Mitarbeiter am SFB 799, IWT, TU Bergakademie Freiberg

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