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Mikroskopie und Tomographie Poster: Mi., 14:00–16:30 M-P99
In-situ Synchrotron Tomographie des partikelverstärkten Verbundwerkstoffes
AA6061 mit 22 % Al2O3 unter Kriechbedingungen
Bettina Camin 1 , Michael Huppmann 1 , Anke Pyzalla 2 , Marco di Michiel 3 ,
Thomas Buslaps 3 , Walter Reimers 1
1 TU Berlin, Institut für Werkstoffwissenschaften und -technologien, Metalle Werkstoffe,
Sekr. BH18, Ernst-Reuter-Platz 1, 10587 Berlin – 2 Max-Planck-Institut für Eisenforschung,
Düsseldorf – 3 European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble, Frankreich
Erhöhte Temperatur und anliegende mechanische Spannung
ist ein typisches Beanspruchungsprofil für bewegte
Bauteile in Motoren, Turbinen etc. Dieses Beanspruchungsprofil
führt zu Änderungen der Werkstoffmikrostruktur,
die lebensdauerbegrenzend sein können. Um
hier Verbesserungen zu erzielen, werden die metallischen
Matrizes mit keramischen Hartpartikeln (MMC) verstärkt.
Die gezielte Optimierung der MMC hinsichtlich
Anzahl der Partikel (Morphologie und Größe) und Volumenanteil
erfordert Informationen über die Versagensmechanismen
unter verschiedenen Last-Temperaturbedingungen.
Hierzu liefert die in situ Synchrotron-Röntgentomographie
[1] entscheidende Beiträge. Eine für den
Einsatz am Synchrotron entwickelte Miniatur-Kriech-
Abb. 1: In-situ Kriechapparatur apparatur (Abb. 1) ermöglicht in-situ-Messungen [2]. Mittels
Synchrotronstrahlung (Beamline ID15A, ESRF) können
Materialvolumina bis zu 1 mm 3 bei einer Auflösung bis zu 1 µm 3 untersucht werden.
Die zur Festigkeitssteigerung stranggepresste und anschließend wärmebehandelte
Aluminiumlegierung AA6061 (AlMg1SiCu) wurde mit 22 % Al2O3 partikelverstärkt.
Die Al2O3-Partikel (Größe∼ 12 µm) besitzen eine irreguläre Form und sind in der metallischen
Matrix homogen verteilt. Das stabile Aluminiumoxid wird in der Anwesenheit
von Mg>1 % in der Matrix bzw. bei höheren Temperaturen instabil und bildet
Al2MgO4 (spinel). Diese Interface-Reaktion kann bei mechanischer und thermischer
Belastung zur Loslösung der Partikel von der Matrix führen. Im Kriechversuch wurde
AA6061 (22 % Al2O3) mit verschiedenen Spannungen und Temperaturen beaufschlagt.
Im Beanspruchungsprofil kleine Last/ hohe Temperatur tritt Porenbildung am Interface
Partikel/ Matrix auf und führt zum Versagen. Demgegenüber wird das Versagen
im Beanspruchungsprofil hohe Last/ niedrige Temperatur eingeleitet durch Partikelbrüche.
[1] J. Baruchel et al., Hermes Science Publications, Paris 2000
[2] A. Pyzalla, B. Camin, T. Buslaps, M. di Michiel, H. Kaminski, A. Kottar, A. Pernack,
W. Reimers, Science 308, 92 (2005)