Design von Aluminium-Lithium Legierungen für das Thixoforming
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- Herbert Meinhardt
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1 Design von Aluminium-Lithium Legierungen für das Thixoforming Von der Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Ingenieurwissenschaften genehmigte Dissertation vorgelegt von Diplom-Ingenieur Roger Sauermann aus Simmerath Berichter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Karl Bernhard Friedrich Univ.-Prof. Dr.sc.mont. Peter J. Uggowitzer Univ.-Prof. Dr.-Ing. Andreas Bührig-Polaczek Tag der mündlichen Prüfung: 17. November
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3 Schriftenreihe des IME Band 15 Roger Sauermann Design von Aluminium-Lithium Legierungen für das Thixoforming Shaker Verlag Aachen 2007
4 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2006 Copyright Shaker Verlag 2007 Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollständigen Wiedergabe, der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen und der Übersetzung, vorbehalten. Printed in Germany. ISBN ISSN Shaker Verlag GmbH Postfach Aachen Telefon: / Telefax: / Internet: info@shaker.de
5 Danksagung Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter des IME Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling der RWTH Aachen in der Zeit von Mai 2002 bis Mai 2006 größtenteils im Rahmen des DFG geförderten SFB 289 Formgebung metallsicher Werkstoffe im teilerstarrten Zustand und deren Eigenschaften Ganz besonders möchte ich Herrn Prof. Dr.-Ing. Friedrich, dem Leiter des IME für die Themenstellung und fachliche Unterstützung danken, die wesentlich zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen hat. Allen Mitarbeitern des IME, insbesondere Herrn Leuchter und Herrn Dr.-Ing. Arnold, sei ebenfalls an dieser Stelle für Ihre tatkräftige Unterstützung und die gelungene Zusammenarbeit gedankt. Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr.-Ing. Uggowitzer, dem Leiter des Instituts für Metallphysik und Technologie der ETH Zürich, für die Kooperation und Förderung meiner Arbeit, sowie der Übernahme des Korreferates. Herrn Prof. Dr.-Ing. Bührig- Polaczek danke ich für sein Interesse an meiner Arbeit und der Übernahme des Korreferates. Abschließend bedanke ich mich herzlichst bei meinen Eltern, die mir das Hochschulstudium erst ermöglichten und bei Christiane Hilger für die Unterstützung während der Anfertigung dieser Arbeit. 6
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7 INHALT KURZFASSUNG UND ABSTRACT EXTENDED ABSTRACT Seite I II-XIII 1 EINLEITUNG AUFGABENSTELLUNG UND ZIELSETZUNG STAND DER TECHNIK PROZESSTECHNOLOGIE Konventionelle Route Slug on demand Verfahren KONVENTIONELL VERFÜGBARES VORMATERIAL Generelle Anforderungen an Werkstoffe für das Thixoforming Prüfung von Werkstoffen für das Thixoforming VORMATERIALANPASSUNG AN DIE ANFORDERUNGEN FÜR DAS THIXOFORMING Anpassung der Legierungszusammensetzung Kornfeinung von Aluminium Legierungen ALUMINIUM-LITHIUM LEGIERUNGEN Legierungssysteme und metallkundliche Grundlagen Einflüsse von Alkalimetallverunreinigungen Herstellungs- und Verarbeitungsprozesse METHODIK EINGESETZE ANLAGEN UND BEWERTUNGSWEGE KONZEPT DER ALUMINIUM-LITHIUM LEGIERUNGSENTWICKLUNG SCHMELZSYSTEM DIFFERENZ-THERMOANALYSE (DTA) ABSCHRECKOFEN CHEMISCHE ANALYSEN BACKEXTRUSION RHEOLOGISCHE EIGENSCHAFTSBESTIMMUNG INTERAKTIVES BILDANALYSESYSTEM (IBAS) REM/EDX DICHTEBESTIMMUNG FORMGEBUNG MITTELS RHEO-CONTAINER-PROZESS (RCP) WÄRMEBEHANDLUNG HÄRTEMESSUNG UND ZUGVERSUCHE ELEKTROCHEMISCHE KORROSIONSUNTERSUCHUNGEN METHODIK ZUR AUSWAHL DER BASISSYSTEME MODELLGESTÜTZTE STATISTISCHE VERSUCHSPLANUNG THERMOCHEMISCHE BERECHNUNGEN ANGEWANDTE BERECHNUNGSMETHODE THERMOCHEMISCHE DATEN FÜR AL-LI-X SYSTEME KONSTITUTIONSBERECHNUNGEN FÜR AL-LI LEGIERUNGEN System Al-Li-Cu System Al-Li-Mg und Al-Li-Mg-Cu
8 5.4 ZUSAMMENFASSUNG DER THERMOCHEMIE VORMATERIAL HERSTELLUNG UND CHARAKTERISIERUNG LEGIERUNGSSYNTHESE DURCH ÜBERDRUCKINDUKTIONSSCHMELZEN FLÜSSIGPHASENANTEILE - DIFFERENZ-THERMOANALYSE (DTA) RHEOLOGIEUNTERSUCHUNGEN - RÜCKWÄRTSFLIEßPRESSEN MIKROSTRUKTURUNTERSUCHUNGEN Metallographie REM/EDX Modellgestütze Auswertung der Mikrostrukturen DICHTEBESTIMMUNG HÄRTEPRÜFUNG UND ZUGVERSUCHE ELEKTROCHEMISCHE KORROSIONSUNTERSUCHUNGEN BEWERTUNG DER VORMATERIALUNTERSUCHUNGEN SSM-BAUTEILHERSTELLUNG EINGESETZE ANLAGEN THIXOCASTING VON PRINZIPBAUTEILEN Induktive Wiedererwärmung Formgebung Gussgefüge Wärmebehandlung und mech. Kennwerte RHEOCASTING VON PRINZIPBAUTEILEN Gussgefüge und chemische Zusammensetzung Wärmebehandlung und mech. Kennwerte RHEOCASTING EINES REALBAUTEILS Chemische Analyse Gefügeuntersuchung Mechanische Kennwerte BEWERTUNG DER BAUTEILHERSTELLUNG ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK LITERATURVERZEICHNIS ANHANG CHEMISCHE ANALYSE SYNTHETISIERTER ALLIX BOLZEN METALLOGRAPHISCHE PRÄPARATION VON AL-LI LEGIERUNGEN STATISTISCHER VERSUCHSPLAN BEI DER AL-LI-X LEGIERUNGSENTWICKLUNG VERSUCHSPARAMETER THIXOCASTING DER STUFENPROBEN CHEMISCHE ANALYSE SPURSTANGE VERARBEITET DURCH RCP EIGENE VERÖFFENTLICHUNGEN LEBENSLAUF
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