Rekonstruierte 2D Schichten und 3D-Rendering mit dem Volumenanteil (f) der Schäden nach Bruch unter Drucktest für die drei untersuchten Verbundwerkstoffe
Quelle: BAM, Fachbereich Mikro-Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP)
Al-Si Legierungen werden vorrangig bei der Produktion von Motorkolben verwendet. Die Al-Matrix dieser Kolbenlegierungen wird während der langen Betriebszeit bei Temperaturen von etwa 250°C stark beansprucht. Eine Maximierung der Festigkeit wurde durch den Krafttransfer von der geschwächten Matrix zu einem stabilen Netzwerk aus Si und Aluminiden erreicht. Si bildet in der Legierung ein dreidimensionales Netzwerk, welches als Verstärkungsgewebe betrachtet werden kann. Die durch die Addition von keramischen Verstärkungen entstehenden Metall Matrix Verbundwerkstoffen (engl.: MMC) erhöhen die Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Kriechdehnung. Es wurden MMC untersucht, die aus einer gegossenen AlSi12CuMgNi-Legierung mit in einem Fall 15 vol% kurzen Al2O3 Fasern (zweiphasig) und im anderen Fall mit 7 vol% kurzen Al2O3 Fasern und 15 vol% SiC Partikeln (dreiphasig) bestehen.
Synchrotron Computertomographie (CT) an der BAMline (BESSY II, HZB) wurde genutzt um die Verteilung, Orientierung und den Volumenanteil der verschiedenen Phasen aufzulösen und zu analysieren. Zusätzlich wurden mit CT innere Schäden beobachtet, die durch Drucktest induziert wurden. Signifikante Enthaftungen zwischen der Al-Matrix und den SiC Partikeln wurden gefunden. Diese Beobachtungen erlauben eine fundierte Aussage zur Lastverteilung zwischen den vorhandenen Phasen der zwei verschiedenen Komposite, welche mit in-situ Druckversuchen während Neutronenbeugungsexperimenten bestimmt wurde. Für die Simulation der durch Neutronenbeugung gemessenen Spannungsdifferenzen, verwendeten wir erfolgreich einen Maxwell‘schen Ansatz, welches zusätzlich zur Berechnung absoluter Spannungswerte genutzt wurde, da diese experimentell nicht bestimmt werden können.
Stress-induced damage evolution in cast AlSi12CuMgNi alloy with one- and two ceramic reinforcements
Sandra Cabeza, Tatiana Mishurova, G. Garces, G. Requena, Giovanni Bruno, I. Sevostianov
Journal of Material Science, September 2017, Volume 52, Issue 17, pp 10198–10216
BAM Abteilung Zerstörungsfreie Prüfung, Fachbereich Mikro-Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP)