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2024 | Buch

Verbindungsmechanismen und Leistungsfähigkeit von stranggepressten und feldunterstützt gesinterten Halbzeugen aus wiederverwerteten Aluminiumspänen

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Über dieses Buch

Alexander Koch untersucht zwei verschiedene Solid-State-Recyclingverfahren, um industrielle Aluminiumspäne wiederzuverwerten: SPD (severe plastic deformation)-basierte und FAST (field-assisted sintering)-basierte Verfahren. Es werden umfangreiche Analyse- und Charakterisierungsmethoden wie Elektronenrückstreubeugung und energiedispersive Röntgenanalyse eingesetzt, um mögliche Einflussgrößen, die die Eigenschaften der hergestellten Halbzeuge bestimmen, zu identifizieren. Untersuchungen der Leistungsfähigkeit, quasistatisch wie zyklisch, dienen der Bewertung der Einsetzbarkeit dieser Halbzeuge auf Grundlage der ermittelten Verbindungsmechanismen. Darüber hinaus finden elektrische Widerstandsmessungen Anwendung, um Mikrostruktur- und Defektcharakteristika zu ermitteln und auftretende Struktur- und Verbindungsmechanismen zu separieren. Auf Basis der Bestimmung einzelner Anteile ver- und entfestigender Mechanismen wird ein Modell entwickelt, das die Leistungsfähigkeit auf Basis struktur- und defektbezogener Charakteristika vorhersagen kann. Die Ergebnisse zeigen, dass die Energie- und Ressourceneffizienz von Aluminium und seinen Legierungen durch innovative Recyclingverfahren verbessert wird und bieten eine umfangreiche Aufklärung der grundlegenden Mechanismen und der Leistungsfähigkeit der spanbasierenden Halbzeuge. Dadurch wird die Nutzung dieser Bauteile in Anwendungen der Automobil- und Luftfahrtindustrie gefördert.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung und Zielsetzung
Zusammenfassung
Aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und ausgeprägten Eignung für Umformprozesse sind Aluminiumlegierungen vielversprechende Kandidaten für leichtbaurelevante Anwendungen, insbesondere in der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Aluminium ist nach Stahl das am zweithäufigsten verwendete Metall. Aufgrund der steigenden Nachfrage im Zeitalter des Klimawandels sowie der zunehmenden Ressourcenknappheit prognostizieren Studien ein Wachstum der Aluminiumnutzung von etwa 30 % bis 2025.
Alexander Koch
Kapitel 2. Grundlagen und Stand der Technik
Zusammenfassung
Aluminium und seine Legierungen erfahren eine kontinuierlich steigende Verbreitung [1]. Ursachen hierfür liegen in den hervorragenden Gebrauchseigenschaften und dem durch Zugabe spezifischer Legierungselemente breit anpassbaren Eigenschaftsprofil. Mit einer Dichte von ca. 2,7 g/cm3 gehört Aluminium zu den Leichtmetallen und eignet sich daher insbesondere für Anwendungen in leichtbaurelevanten Bereichen wie Luft- und Raumfahrttechnik sowie Automobilindustrie [2].
Alexander Koch
Kapitel 3. Werkstoff und Prozessrouten
Zusammenfassung
Im Rahmen dieser Arbeit wurde am Beispiel der Aluminium-Knetlegierung EN AW-6060 der Einfluss unterschiedlicher Prozessparameter in zwei vergleichend betrachteten Wiederverwertungsverfahren auf die Ausprägungen der zum Tragen kommenden Verbindungmechanismen sowie die resultierende Leistungsfähigkeit untersucht.
Alexander Koch
Kapitel 4. Experimentelle Verfahren
Zusammenfassung
Im Folgenden werden die angewandten Mess- und Prüfverfahren samt den genutzten Methoden beschrieben. Das Ziel der Untersuchungen besteht in der Aufdeckung der zugrunde liegenden Verbindungsmechanismen und der Charakterisierung lokaler Eigenschaften. Auf Basis des Stands der Technik ergeben sich zahlreiche Einflussgrößen auf die resultierende Spangrenzenqualität, die in werkstoff-, span- und prozessbezogene Einflussgrößen und Mechanismen eingeteilt werden können.
Alexander Koch
Kapitel 5. Ergebnisse und Diskussion
Zusammenfassung
Zur Charakterisierung der bei der Wiederverwertung von spanbasiertem Material zugrunde liegenden Verbindungsmechanismen sowie der Aufklärung der Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehung wird zunächst die Mikrostruktur der Halbzeuge aus den betrachteten Wiederverwertungsverfahren untersucht. Zur Separierung der mikrostrukturellen Mechanismen wird hierbei zwischen der Charakterisierung der Korn-, Span- und Defektstruktur unterschieden. Im Anschluss an die mikrostrukturelle Charakterisierung erfolgen die Untersuchungen zur Analyse der mechanischen Eigenschaften.
Alexander Koch
Kapitel 6. Zusammenfassung und Ausblick
Zusammenfassung
Die Ergebnisse auf Basis der Untersuchungen der Mikrostruktur haben ergeben, dass sich für die SPD-basierte Wiederverwertungsroute eine stark inhomogene Korn-, Span- und Defektstruktur ausbildet. Dies ist auf die verschiedenen Zonen während des Umformprozesses bezogen. Während außen in den Profilen eine auf die Reibung an der Matrizenwand zurückzuführende Zone ausgeprägter Rekristallisation entsteht, auch über Spangrenzen hinweg, ändert sich die Kornstruktur durch Einflüsse großer Scherdeformationen, sodass ein sehr feinkörniges Gefüge basierend auf dem Mechanismus der geometrisch dynamischen Rekristallisation entsteht.
Alexander Koch
Backmatter
Metadaten
Titel
Verbindungsmechanismen und Leistungsfähigkeit von stranggepressten und feldunterstützt gesinterten Halbzeugen aus wiederverwerteten Aluminiumspänen
verfasst von
Alexander Koch
Copyright-Jahr
2024
Electronic ISBN
978-3-658-44531-7
Print ISBN
978-3-658-44530-0
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-44531-7

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