Innere Spannungen innovativer, gegossener Metall-Matrix-Verbunde

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Die Werkstoffklasse der Metall-Matrix-Verbunde verspricht aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften ein breites Leistungspotential für zukünftige Anwendungen, dies gilt insbesondere für die langfaserverstärkten Metall-Matrix-Verbunde. Bei der schmelzmetallurgischen Erzeugung solcher Verbundwerkstoffe treten vor allem durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten innere Spannungen auf. Dabei sind im Metall-Matrix-Verbund Bauteileigenspannungen zwischen verstärkten und unverstärkten Bereichen und so genannte Mikroeigenspannungen zwischen den Phasen zu unterscheiden. Der Einfluss dieser verschiedenen Eigenspannungen auf die mechanischen Eigenschaften war nach dem bisherigen Kenntnisstand nur unzureichend geklärt. Auch über die Korrelation zwischen Herstellungsprozess und Ausbildung der inneren Spannungen bei Metall-Matrix- Verbunden lagen keine quantitativen Untersuchungen vor. Obwohl bekannt ist, dass grundsätzlich keine eigenspannungsfreien Werkstoffzustände existieren, wurden die Auswirkungen von Mikroeigenspannungen zwischen den Phasen auf Bauteilverhalten und Bauteilversagen wenig untersucht, ebenso wie die Beeinflussbarkeit von Mikroeigenspannungen. In Vorarbeiten am Gießerei-Institut wurden daher die Eigenspannungsentwicklung und -zustände in langfaserverstärktem Aluminium untersucht. Dabei wurden sowohl geeignete Messverfahren als auch Auswirkungen von Eigenspannungen erarbeitet. Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens sollen grundlegende Erkenntnisse über den Wirkungszusammenhang von Herstellungsprozess-Eigenspannungen-Eigenschaften bei der schmelzmetallurgischen Herstellung von langfaserverstärkten Verbundwerkstoffen erarbeitet werden. Ziel ist es, den Einfluss der verschiedenen Eigenspannungsarten auf Faserverbundbauteile zu erarbeiten und Modelle zur Beschreibung des Zusammenhangs zwischen Prozessparametern, Eigenspannungen und mechanischen Eigenschaften zu erstellen. Langfristig kann durch die Kenntnis des Eigenspannungszustandes der langfaserverstärkte Metall-Matrix-Verbund bereits bei der Herstellung optimal auf die geforderten Bauteileigenschaften abgestimmt werden. Weiterhin können die Erkenntnisse dieses Projekts Eingang in mikroskopische Festigkeitsrechnungen für MMCs und makroskopische Bauteilberechnungen finden. Damit wird die Genauigkeit und Aussagekraft solcher Berechnungen weiter gesteigert.