Prakt. Met. Sonderband 30 (1999) 429
Einfluß des Gefüges auf das Temperaturwechselverhalten von partikelverstärkten Alumini-
umwerkstoffen (MMCs)
N. Lakota, M. Schaus und M. Pohl
Ruhr-Universität Bochum, Institut fiir Werkstoffe/Werkstoffpriifung
1. Einleitung
In der Fahrzeugindustrie ist man bemiiht, konventionelle Eisenwerkstoffe durch leichtere Werkstof-
fe zu ersetzen, um den Energieverbrauch zu reduzieren. Verbundwerkstoffe aus Leichtmetall-
Matrix mit keramischer Verstärkung (MMCs) zum Beispiel eignen sich mit ihrer verbesserten Ver-
schleißbeständigkeit und höheren Steifigkeit gegenüber den unverstärkten Al-Legierungen für
Fahrzeugkomponenten wie z. B. Bremsscheiben oder Motorkolben [1-3]. So kann beim ICE-Zug
durch das Ersetzen der acht Bremsscheiben aus Sphäroguß eine Massenersparnis von ca. 400 kg pro
Drehgestell erzielt werden [4, 5].
Beim Bremsen entsteht Wärme. Bei der Reibung des Bremsbelags auf der Bremsfläche findet lokal
ein ungleichmäßiger und diskontinuierlicher Energieeintrag in die Bremsscheibe statt. Als Folge der
ungleichmäßigen Temperaturverteilung resultieren aus den Temperaturgradienten thermische Span-
nungen. Abhängig von der Höhe der Temperaturgradienten kann es zu einem sofortigen Bauteilver-
sagen, aber auch zu einer langsamen Entstehung und Ausbreitung von Rissen kommen. Hohe Tem-
peraturgradienten können zum Überschreiten maximal erträglicher Zugspannungen und damit un-
mittelbar zum Bruch führen (Thermoschock). Durch Zyklieren mit kleinen Temperaturgradienten
kann es allmählich zu einer Schädigung des Bauteils (thermische Ermüdung) kommen [6, 7].
inn-Blei-
‚brachten Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Temperaturwechselverhalten einer Aluminium-Legierung aus
der Reihe AA 6061 (AIMglSiCu) mit keramischer Verstirkung und ohne diese untersucht. Al,Os-
1 diesem Partikel, die in einem schmelzmetallurgischen Einriihrverfahren der metallischen Matrix zugefiigt
‚bar ist werden, liegen in den untersuchten MMCs mit Anteilen von 10, 15 oder 22 Vol.-% vor. Die durch-
Lot und schnittliche Partikelgrée in MMCs mit 10% und 15% Al,O; betrigt ca. 10 um, während in AA
des Bleis 6061 mit 22% Al,O; die Partikel durchschnittlich 15-20 um grof sind. Das Gefüge der untersuchten
MMCs ist in Bild 1 dargestellt.
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nde”
IC
‚über der
AA 6061 + 10% ALO AA 6061 + 15% ALLO, AA 6061 + 22% Al,O4
Bild 1: Geflige der MMC-Werkstoffe parallel zu Extrusionsrichtung
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