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Formulation and characterization of new aluminium alloys produced by ingot metallurgy for high temperature applications (250ºC)

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Neue Aluminium-Knetlegierungen für hohe Temperaturen

Leichte Aluminiumlegierungen (Al-Legierungen) sind für die Entwicklung von Luftfahrzeugen von hoher Bedeutung. Da die Betriebsbedingungen in Zukunft voraussichtlich von immer höheren Temperaturen gekennzeichnet sein werden, untersuchten Wissenschaftler neue Knetlegierungen und thermische Verfahren zur Verbesserung ihrer Eigenschaften.

Industrielle Technologien

Knetlegierungen werden als Barren oder Stangen für die anschließenden Heiß- oder Kaltgussverfahren bereitgestellt. Al-Knetlegierungen sind für ihre hohe Festigkeit und gute Umformbarkeit zum Erreichen der gewünschten Endform bekannt. Das EU-finanzierte Projekt ALT wurde ins Leben gerufen, um neuartige Al-Knetlegierungen für Hochtemperaturanwendungen zu finden. Im Konsortium wurden zwei Forschungseinrichtungen zusammengebracht: eine, die Nichteisenmetalle und ihre Charakterisierung erforscht, und eine, die sich mit der Wiederverwertung und Rückgewinnung von Metallen befasst. Ein Hersteller von Al-Legierungen vervollständigte die technische Forschung mit einer Untersuchung der Kosten, Umweltauswirkungen und Eingliederung in die Industrie. Mithilfe der Taguchi-Methode für faktorielle Versuchsplanung wählten die Wissenschaftler 24 verschiedene Formulierungen von Legierungselementen und ihren Kombinationen aus. Die Barren wurden aus Knetlegierungen extrudiert und Proben auf ihre Wärmebeständigkeit hin untersucht. Mit dieser Methodik wird die minimale Anzahl von Versuchen bestimmt, die erforderlich ist, um vollständige Informationen über alle Faktoren zu sammeln, welche sich auf die Leistungsparameter auswirken. Als Ziel steht ein hochwertiges Produkt mit geringen Produktionskosten. Vielversprechende Ergebnisse für die Zugeigenschaften bei Zimmertemperatur und bei 250 Grad Celsius führten zur Auswahl von zwei Formulierungen für weitere Tests. Bei diesen handelte es sich um Aluminium-Kupfer-Legierungen mit unterschiedlichem Kupferanteil. Im zweiten Jahr wurden die beiden vielversprechendsten Formulierungen Prüfungen zu Umformbarkeit, Wiederverwertbarkeit, Kriechverformung und Zugfestigkeit unterzogen. Im Allgemeinen lieferten die Aluminium-Kupfer-Legierungen im Vergleich zu anderen Legierungen gute Ergebnisse. Durch optimierte Wärmebehandlung wurden die mechanischen Eigenschaften verbessert. Nach einem tausendstündigem Alterungsverfahren bei 250 Grad Celsius war die Festigkeit geringfügig besser als die der meisten herkömmlichen Legierungen, ausgenommen einer hochpreisigen Knetlegierung und einer Gusslegierung. Die vorgesehene maximale Festigkeit musste aufgrund der Bildung einer durchgehenden Phase bei den Korngrenzen jedoch gesenkt werden, und die Legierungen sind kostenintensiver als die Referenzlegierung. Mögliche zukünftige Untersuchungen könnten auf die Veränderung der Wärmebehandlung ausgerichtet sein, um die mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen noch weiter zu verbessern. Im ALT-Projekt wurden vielversprechende Al-Legierungen für zukünftige Flugzeugbauteile, die hohen Betriebstemperaturen ausgesetzt sein werden, umfassend bewertet. Ein tieferes Verständnis der Verhaltensweisen dieser Legierungen, das durch die Schmelzmetallurgie gewonnen wurde, weist zukünftigen Forschungsarbeiten den Weg, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern und gleichzeitig Kosten zu senken.

Schlüsselbegriffe

Aluminiumlegierungen, Luftfahrzeug, Knetlegierung, Hochtemperaturanwendungen, Schmelzmetallurgie

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Wissenschaftliche Fortschritte
Industrielle Technologien

26 Januar 2021