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ınt Bestimmung von Faserdurchmesser und Faserorientierung in kurzfaserverstärkten
ark Verbundwerkstoffen mittels automatischer Bildanalyse
ete J. Bär, R. Meier und H.-J. Gudladt, Universität der Bundeswehr München, Institut für
Werkstoffkunde (LRT-5), D-85577 Neubiberg
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Einleitung
Die mechanischen Eigenschaften kurzfaserverstärkter metallischer Werkstoffe werden stark von der
Orientierung der Fasern im Bauteil beeinflußt. Durch eine Variation dieses Parameters können die
mechanischen Eigenschaften innerhalb bestimmter Grenzen verändert und somit den Belastungen
des Bauteils angepaßt werden. Zum Beispiel wird beim Kolben für Dieselmotoren die beste
Verstärkungswirkung erzielt, wenn die Fasern in Ebenen parallel zum Kolbenboden statistisch
verteilt sind. Je höher der Anteil der Fasern ist, die nicht parallel zum Kolbenboden orientiert sind,
desto geringer wird die Warmfestigkeit des Werkstoffes in der hochbelasteten Richtung (1). Aus
diesem Grund ist es für die Qualitätssicherung wichtig, die Orientierung der Fasern im Bauteil
mittels automatischer Bildanalyse quantitativ erfassen zu können. Dabei ergibt sich jedoch das
ut Problem, daß zur Vermeidung von Meßfehlern agglomerierte Fasern vor der Messung getrennt
die werden müssen. Wie Voruntersuchungen gezeigt haben (2), gelingt die Trennung agglomerierter
len Fasern mit klassischen Bildverarbeitungsalgorithmen nur teilweise und unter Veränderung des
ler Ausgangsbildes. Mittels einer neuen Bildverarbeitungssoftware können nun agglomerierte Fasern
aufgrund geometrischer Beziehungen getrennt werden. Am Beispiel einer mit 20 Vol.% Saffil-
Fasern verstärkten AlSi12CuMgNi-Legierung soll die konturbasierte Fasertrennung im Vergleich zu
den klassischen Bildverarbeitungsmethoden diskutiert werden.
Material und Probenpräparation
Bei dem im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Verbundwerkstoff handelt es sich um eine mit
20 Vol.% Saffil verstärkte AlSi12CuMgNi-Kolbenlegierung die von der Firma Mahle GmbH,
Stuttgart im Squeeze-casting Verfahren hergestellt wurde. Aus einem gelieferten Block der Maße
10x 10 x 80 mm” wurde sowohl ein Schliff quer zur Faserebene (Querschliff) als auch ein Schliff
parallel zur Faserebene (Längsschliff) herausgetrennt. Die Schliffe wurden in einem mehrstufigen
Schleif- und Polierprozess präpariert und anschließend mittels reaktivem Sputtern mit Kupfer
kontrastiert. Durch das reaktive Sputtern mit Kupfer wird zum einen der Kontrast zwischen den
verschiedenen Phasen erhöht, zum anderen erscheinen die Fasern als hellster Gefügebestandteil
(hellgrau bis weiß), so daß trotz der noch etwas helleren Faserinnenbereiche eine vollständige
Segmentierung der Fasern möglich ist (2).
Bild 1: Querschliff Bild 2: Längsschliff