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Thermoschockversuche
Projektbereich D
Lugscheider, Erich
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Im Hinblick auf die Prozessbedingungen beim Thixoforming von Stählen wurde die
Bestimmung der Temperaturwechselbeständigkeit nach DIN EN-933-11 zugunsten der
Abschreckung in Wasser verworfen, da der schlechte Wärmeübergang während des
Anblasens mit Pressluft den realen Bedingungen nicht gerecht wird. Ein weiterer Vorteil
dieser Methode ist die einfache Durchführung, die eine schnelle Überprüfung des
Thermoschockverhaltens der Keramiken erlaubt.
Die Keramikproben werden dabei in einem Ofen homogen aufgeheizt und nach einer
Haltezeit von 30 Minuten bei definierter Temperatur in ein Wasserbad mit einer
Temperatur von 20±1°C eingetaucht. Anschließend wird das Rissbild durch Imprägnieren
mit einem Farbmittel sichtbar gemacht und fotografiert. Anhand der Fotos kann sowohl die
Rissentstehung als auch die Rissausbreitung verfolgt werden. Nach jedem Versuch wird
die Ofentemperatur um 10 K gesteigert und der Testzyklus erneut gestartet. Es werden je
drei Versuchsreihen pro Werkstoff durchgeführt.
Formgebungsversuche
Es wurden Stahl-Formgebungsversuche mit Al2O3-Panzerungen in der Thixogießanlage
des Teilprojekts E2 durchgeführt. Dazu wurde, aufbauend auf der Stufengeometrie des
zweiten Bewilligungszeitraums, eine Klemmung zur Befestigung von keramischen Platten
eingesetzt.
Formgebungsversuche mit vollkeramischen Al2O3-Werkzeugen im Thixoschmieden von
Stahl werden am Ende des dritten Bewilligungszeitraums durchgeführt. Es wird dabei ein
rotationssymmetrisches Prinzipwerkzeug verwendet, mit dem ein Kupplungsbauteil
geformt werden kann.
3.2.2 Siliziumnitrid-Werkstoffe
Die Werkstoffgruppe der Siliziumnitride umfasst sowohl Si3N4 als auch Sialone. Die in
beiden Fällen zur Verdichtung erforderlichen Flüssigphasenbildner werden als
Sinteradditive zudotiert und verbleiben nach dem Sintern als amorphe Korngrenzenphase.
Da an der RWTH Aachen keine Möglichkeit zum Gasdrucksintern von Nitrid-Keramiken
besteht und die Prozessbedingungen einen dichten Werkzeugwerkstoff mit möglichst
geringem Glasphasenanteil erfordern, wurden die Si3N4-Werkzeuge nach Angabe des GHI
durch das Fraunhofer-IKTS, Dresden, gefertigt, wo umfangreiche Erfahrungen in der
Herstellung glasphasenarmer, hochfester Siliziumnitride bestehen.
Temperaturwechselbeständigkeit
Die herausragende Temperaturwechselbeständigkeit des Si3N4 von bis zu 700 K im
Abschrecktest in Wasser qualifiziert diesen Werkstoff als Werkzeugwerkstoff für das
Thixoforming hochschmelzender Legierungen. Weitere Vorteile liegen in der exzellenten
Wärmeleitfähigkeit dieses Materials, die zu einer schnellen Wärmeabfuhr aus dem zu