Das Open-Innovation-Forschungs-Cluster

für NE-Metalle an der RWTH Aachen University

Projekt 9

Property Prediction

Motivation

Die genaue Kenntnis der mechanischen Gussteileigenschaften nach der Wärmebehandlung ist von zentraler Bedeutung um in Zukunft den Anforderungen an Bauteileinsatz, Herstellungskosten und Wettbewerbsfähigkeit gerecht zu werden.

Abbildung 1: Simulationsergebnis aus MAGMASOFT®
Abbildung 2: HRTEM Aufnahme einer ca. 15 nm großen Al2Cu Ausscheidung im α-Aluminium-Mischkristall [www.giessereilexikon.com]
Abbildung 3: Schematische Ausscheidungspopulationen von Mg2Si, β’’ und β’ [PD Dr.rer.nat. Volker Mohles]

Methode

Grundlage für die Modellierung der mechanischen Eigenschaften nach der Wärmebehandlung ist das Wissen über die lokalen thermischen Bedingungen während des gesamten Wärmebehandlungsprozesses. Diese werden von MAGMASOFT® bereitgestellt (Abbildung 1).

 

Um eine genaue Kenntnis über die Entwicklung der ausgeschiedenen Phasen in Aluminiumguss zu erlangen, werden Proben aus unterschiedlichen Legierungen und Mikrostrukturen, vor und nach einer definierten Wärmebehandlung, charakterisiert. Diese Charakterisierung findet auf der Nanometerebene statt (Abbildung 2). Parallel hierzu sind die zu dem jeweiligen Wärmebehandlungsstatus gehörenden mechanischen Kennwerte zu ermitteln. Ausgehend von der beobachteten Ausscheidungscharakteristik wird ein Ausscheidungsmodell kalibriert und verifiziert (Abbildung 3). Auf Basis der Mikrostrukturentwicklung, Erkenntnissen zum größenabhängigen Härtungsbeitrag unterschiedlicher Ausscheidungsphasen als auch der Mischkristallverfestigung, werden die mechanischen Eigenschaften des Gussteils berechnet.

 

Um die Übertragbarkeit auf ein breites Feld von Prozessparametern und Legierungen sicherzustellen, findet eine Verifikation des entwickelten Mikromodells anhand von Realgussteilen aus Sand- und Kokillenguss statt.

 

Das Projektkonsortium besteht aus den Industriepartnern NEMAK und MAGMA sowie dem Institut für Metallkunde und Metallphysik der RWTH Aachen.