Telefon: +49 (0) 3731/39-4017 Fax: +49 (0) 3731/39-4021 E-Mail: [email protected] Web: http://sfb799.tu-freiberg.de Sonderforschungsbereich 799: TRIP-Matrix-Composite Design von zähen, umwandlungsverstärkten Verbundwerkstoffen und Strukturen auf Fe-ZrO 2 -Basis Technische Universität Bergakademie Freiberg Ergebnisse der 2. Förderperiode TU Bergakademie Freiberg Geschäftsstelle des Sonderforschungsbereichs 799 Institut für Werkstofftechnik Gustav-Zeuner-Straße 5, 09599 Freiberg Motivation und Zielsetzung Projektplanung und Vernetzung Vision Entwicklung von Strukturbauteilen über die Papiertechnologie für innovative Verbundwerkstoffe im Sinne des Leichtbaus Generierung von neuartigen Eigenschaften durch Kombination von austenitischem TRIP-Stahl und metastabilem ZrO 2 : Entwicklung von TRIP-fähigen Verbundwerkstoffen mit ZrO 2 - Faserstruktur Teilweise Substitution der Cellulosefasern durch Zirkoniumdioxidfasern Verwendung von Vorstufenfasern und gesinterten Fasern Kalandrierparameter Entbinderungs- und Sinterregime Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften Leichtbaustrukturen aus metallokeramischem Papier Entwicklung von gewellten Halbzeugen aus flachen kalandrierten Papieren mit Hilfe eines Wellengerätes Entwicklung der Fügemethoden Überführung in Makrostrukturen Entbinderung und Sinterung Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften Druckschlickerguss von Stahl-Keramik Verbundwerkstoffen Entwicklung von metallokeramischem Papier 3D-CT Abbildungen eines grobkörnigen Korund- versatzes mit 20 Vol.-% Stahl; analysiertes Volumen: 500 x 500 x 900 Voxel mit einer Voxelkantenlänge von 14,38 µm REM-Aufnahme einer Bruchfläche der Probe 80/20 (a) REM-Abbildung, (b) EBSD-Bandkontrast, (c) EBSD-Phasenanalyse (rot: Austenit, grün: Martensit, blau: α-Al 2 O 3 ) 100/0/0 90/10/0 80/20/0 80/10/10 Gesamtporosität % 21,7 22,0 22,9 22,0 Thermischer Aus- dehnungskoeffizient (RT - 650 °C) 1/K 8,09·10 -6 8,47·10 -6 9,60·10 -6 9,68·10 -6 3 Pkt.-Biegefestigkeit (RT) MPa 15,5 ± 4,8 13,6 ± 0,8 12,6 ± 3,1 6,7 ± 0,4 3 Pkt.-Biegefestigkeit (nach Thermoschock) MPa 5,5 ± 2,6 5,2 ± 0,7 6,3 ± 1,0 4,2 ± 0,2 Festigkeitsverlust % 64,2 61,7 49,9 37,9 E-Modul GPa 12,8 ± 2,0 9,7 ± 0,5 9,4 ± 0,9 4,1 ± 0,2 Physikalische und mechanische Eigenschaften der Al 2 O 3 -reichen Verbundwerkstoffe Reibungskoeffizienten der druckschlicker- gegossenen Proben im Stift-Scheibe Versuch (Masterarbeit C. Krumbiegel) Thermische Zersetzung der Cellulosefasern 20 µm 20 µm REM-Aufnahmen einer gesinterten Probe, 100/0 (Vol.-% Stahl/Vol.-% ZrO 2 ) Spannungs-Dehnungs-Kurven der stahlreichen Versätze 100/0 95/5 90/10 Schwindung % 15,8 ± 0,4 15,2 ± 0,2 14,6 ± 0,9 Rohdichte g/cm³ 2,65 3,78 3,1 Gesamt- porosität % 65,9 50,8 59,1 Zugfestigkeit N/mm² 176,6 ± 12,1 123,3 ± 3,1 103,3 ± 14,4 Bruchdehnung % 0,5 ± 0,06 0,5 ± 0,01 0,4 ± 0,04 Physikalische und mechanische Eigenschaften der stahlreichen Verbundwerkstoffe Arbeitspaket 1 TRIP-fähige Verbundwerkstoffe mit ZrO 2 -Faserstruktur Entwicklung von ZrO 2 -Fasern über das Elektrospinnen Entbinderungs- und Sinterparameter Walzparameter Generierung der faserverstärkten Halbzeuge Charakterisierung Arbeitspaket 3 Leichtbaustrukturen aus metallokeramischem Papier Erzeugen von gewellten Papieren Entwicklung Fügeschlicker 3D-Strukturen Entbinderungs- und Sinterparameter Charakterisierung Optimierte Wellenform Optimierte 3D-Strukturen Meilensteine II/2018 Walzparameter bestimmt II/2019 Charakterisierung beendet, Rückinformation von B2, B5 III/2019 Strukturen an B2 und B5 geben TRIP-fähige Verbundwerkstoffe mit ZrO 2 -Faserstruktur, Leichtbaustrukturen aus metallokeramischem Papier Prof. Dr.-Ing. habil. Christos Aneziris, Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik A1: Gießformgebung Composite I Energieabsorption Festigkeit Verformbarkeit Zähigkeit a) b) c)