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Squeeze-Casting von Verbundwerkstoffen mit Magnesiummatrix
Das Squeeze-Cast- oder Preßgießverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze nach einer relativ langsamen Formfüllung (ähnlich wie beim Kokillen- oder Sandguß) unter einem sehr hohen Druck erstarrt. Die Herstellung von Verbundwerkstoffen durch Infiltration poröser Faser- oder Partikelformkörper, sogenannter Preforms, ist mit geringem Aufwand möglich. Hierdurch können Bauteileigenschaften wie Warm- und Kriechfestigkeit, sowie E-Modul, Verschleißfestigkeit etc. lokal erheblich verbessert werden.
Magnesiumlegierungen sind mit einer Dichte von etwa 1.8 g/cm3 die leichtesten Konstruktionsmetalle. Für viele Anwendungen sind die mechanischen Eigenschaften der Magnesiumlegierungen ausreichend. Insbesondere bei erhöhten Einsatztemperaturen wirken sich jedoch die schlechten Kriech- und Warmfestigkeitseigenschaften der meisten Magnesiumlegierungen einsatzbeschränkend aus. Die hochwarmfesten und bis 350°C einsetzbaren thoriumhaltigen Legierungen werden aufgrund ihrer Radioaktivität kaum noch verwendet. Zur Substitution dieser Legierungen wurden Legierungen mit hohen Yttrium- und Neodymgehalten eingeführt. Die Festigkeitseigenschaften, auch bei hohen Temperaturen, und die Korrosionseigenschaften dieser Legierungen sind hervorragend, der Preis beträgt jedoch ca. 45 DM/kg. Andere Legierungen wie QE22, ZE41, AE42, AS41 und ZC63 stellen Kompromisse zwischen Preis, Warmfestigkeits-, Gieß - und Korrosionseigenschaften dar.
Für alle genannten Magnesiumlegierungen sowie die Standardlegierungen der AZ-Reihe ist neben der Saffilfaserverstärkung (Saffil - Al2O3-Kurzfaser) auch eine Verstärkung durch Siliziumkarbidpartikel, Siliziumkarbidfasern oder Kohlefasern erprobt. Auch bei Verwendung eines preiswerten Matrixwerkstoffes können durch lokale Verstärkung in den höchstbeanspruchten Bereichen eines Bauteils sehr gute Festigkeiten erreicht werden. Tabelle 1 zeigt einige Eigenschaften partikelverstärkter Magnesiumlegierungen; hierbei ist insbesondere der erhöhte E-Modul zu beachten, der bei unverstärktem Magnesium nur 45 GPa beträgt.
Tab. 1: Eigenschaften partikelverstärkter Magnesiumlegierungen
Rp0,2 Rm E-Modul Brinellhärte Werkstoff A (%) (MPa) (MPa) (GPa) (HB31.25/2.5)
QE22 + 20% SiC-Hybrid 265 285 2.4 74 120
QE22 + 25% SiC-Hybrid 270 282 1.0 80 125
QE22 + 20% Al2O3 Platelets 177 250 0.5 72 95
ZC63 + 12% SiC 145 187 1.0 65 72
Kontakt
Institut für Werkstoffkunde und Werkstofftechnik Agricolastraße 6, 38678 Clausthal-Zellerfeld, Fax: (05323) 72-3148, Dr.-Ing. K. U. Kainer, Tel: (05323) 72-2605, Dipl.-Ing. B. Sommer, Tel: (05323) 72-3154
Criteria of this press release:
Materials sciences
transregional, national
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German
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