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Projektbereich D
Lugscheider, Erich
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Beispielhaft werden für die eben genannten Oxidkeramiken jeweils eine herausragende
Eigenschaft stellvertretend genannt. Aluminiumtitanat zeichnet sich besonders durch die
hohe Thermowechselbeständigkeit aus, was durch den hohen Ausdehnungskoeffizient
dieses Werkstoffs erklärbar ist. Magnesiumzirkonat besitzt ebenfalls eine hohe Thermowechselbeständigkeit
und Zirkonsilikat zeichnet sich durch die hohe Warmhärte aus.
Die Auswahl der Substrate ist durch die eingesetzten Werkstoffe bei der Werkzeugfertigung
für Thixoforminganwendungen begrenzt. Für das erste Werkstoffscreening
wurde eine Molybdän-Basislegierung (TZM), ein Edelstahl (1.4301) /Kapranos 96/ und der
Warmarbeitsstahl 1.2999 ausgewählt. Der Warmarbeitsstahl 1.2999 zeichnet sich durch
einen erhöhten Molybdängehalt aus. Dadurch werden ein stark verbesserter Warmverschleißwiderstand
und deutlich erhöhte Warmfestigkeit, sowie eine höhere Wärmeleitfähigkeit
im Vergleich zum Warmarbeitsstahl 1.2343 erreicht. Diese Materialien sind
bereits in den ersten Antragzeiträumen verwendet worden. Damit ist eine gute Vergleichbarkeit
mit den Ergebnissen der bereits existierenden Schichtsysteme gegeben. Als
eventuelle Haftvermittler können nur solche Schichtmaterialien eingesetzt werden, die
sowohl eine gute Haftung mit dem Substrat - den Werkzeugmaterialien – als auch mit dem
Schichtsystem eingehen. Bei den Versuchen kamen Ni-basierte Legierungen zum Einsatz.
Die im ersten Werkstoffscreening untersuchten Werkstoffe sind nochmals detailliert in
Tabelle D-4 und D-5 dargestellt.
TZM Stahl (1.2343) Stahl (1.2999)
E-Modul (GPa) 320 197 210
Zugfestigkeit (MPa) 560-1150 505 1990
Dichte (g/cm3) 10.22 8 7.8
Schmelzpunkt(°C) 2500-2600 1427
Ausdehnungskoeffizient bei 20-100°C
(*10-6/K)
5.3 17.3 11
Wärmeleitfähigkeit bei RTP (W/mK) 126 16.2 24.6
Tabelle D-4: Substratmaterialien