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Ultraschall-Mikro-Legierung von Aluminium

Wir schaffen neue Aluminiumlegierungen mit Stahleigenschaften.

Mit Ultraschall mikrolegiertes geschmolzenes Aluminium

Unsere neuartige Ultraschall-Schmelzbehandlung von Aluminiumschmelzen mit einer Kavitationsfrequenz von 20 kHz kann das Gefüge der Endprodukte radikal verbessern. In Kombination mit der Mikrolegierung sind die Ergebnisse jedoch noch dramatischer. Unser laufendes Projekt zur Ultraschall-Mikrolegierung hat es uns bereits ermöglicht, Aluminium-Mikrolegierungen herzustellen, die stärker als Stahl sind.

Unsere Arbeit zeigt, dass die ultraschallunterstützte Mikrolegierung neue Wege für die Entwicklung von Automobillegierungen der nächsten Generation eröffnet.

Seit der Jahrtausendwende wurden viele alternative Aluminiumlegierungen entwickelt und in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, darunter in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau und in der Schifffahrt. Die Fülle, das geringe Gewicht und die Vielseitigkeit von Aluminium haben dazu geführt, dass es nach Stahl das am zweithäufigsten verwendete Metall geworden ist, und die Festigkeit einiger Aluminiumlegierungen entspricht der von Konstruktionsstählen.

Trotz der breit gefächerten Eigenschaften von alternativen Aluminiumlegierungen gibt es ständige Bemühungen, ihre Leistung für bestehende und neue Anwendungen zu verbessern.

Ultraschall-Mikrolegierung von Aluminium Ultraschall-Entgasung

In den letzten Jahren wurden viele Fortschritte gemacht, um die Festigkeit, Duktilität und andere Eigenschaften von Aluminiumlegierungen durch die Steuerung ihrer Mikrostruktur zu verbessern. Aushärtung, Schmelzkonditionierung, Ultraschall-Kornverfeinerung und Mikrolegierung sind Beispiele für solche Ansätze.

Hier schauen wir uns das Mikrolegieren an, wobei wir uns darauf konzentrieren, was es ist und welche potenziellen Vorteile es bietet. Anschließend stellen wir das neue und aufregende Verfahren des Ultraschall-Mikrolegierens vor und zeigen, wie dieses Verfahren zu unserer Neuentwicklung einer Aluminium-Mikrolegierung mit einer höheren Zugfestigkeit als Stahl beigetragen hat. 

Ultraschall-Mikrolegierung von Aluminium Ultraschall-Entgasung

Mikrolegiertes Aluminium

Mikrolegiertes Aluminium ist eine Art von Aluminiumlegierung, die Spurenmengen von Legierungselementen enthält, die normalerweise hinzugefügt werden, um die Kornstruktur und die Eigenschaften des Endprodukts zu verfeinern. Typischerweise liegt die Konzentration der mikrolegierten Elemente unter 1 % und oft sehr viel weniger. Solche Legierungen können außergewöhnliche Festigkeiten und andere verbesserte Eigenschaften mit praktischen Anwendungen als Strukturteile sowohl in der Luft- und Raumfahrt als auch in der Automobilindustrie aufweisen.

Die Kraft der Kavitation

Die hohe Zugfestigkeit dieser Mikrolegierungen ist auf nanoskalige Ausscheidungen zurückzuführen, die sich innerhalb der Matrix bilden und durch nanoskalige Zugaben von spezifischen Mikrolegierungselementen gesteuert werden können. Die Auswirkungen der Mikrolegierung sind weitreichend und umfassen:

  • Bildung von stabilen Intermetallen, die die Korngröße verfeinern können
  • Wechselwirkung mit Korngrenzen, die die interkristalline Sprödigkeit entweder erhöhen oder verringern kann
  • Modifikation der Morphologie von Sekundärphasen innerhalb der Matrix zur Verbesserung der mechanischen und aushärtenden Eigenschaften
  • Modifikation der Ausscheidungssequenz, die zu einer größeren Verfeinerung der Kornstruktur führt

Spuren von Mikrolegierungselementen umfassen typischerweise Ag, Li, Na, Ca, Cd, Zr, Ti, Sr, Sn. Obwohl die Metallurgie und die Chemie dieser Zusätze umfassend erforscht und dokumentiert wurden, gibt es noch viel zu lernen, und es werden ständig neue Fortschritte erzielt.

Hinzufügen von Spurenelementen

Die übliche Praxis des Mikrolegierens ist das Einbringen von Spurenelementen durch Zugabe eines Aluminiumbarrens, der nur wenige Prozent des Legierungselements enthält, zu einer großen Schmelze. Die erforderliche Dotierstoffmenge wird durch sorgfältige Kontrolle der Verdünnungsstufen erreicht.

Ein alternativer Ansatz ist die mikrolegierende Pulvermetallurgie. Dies beinhaltet isostatisches Pressen, Sintern und Strangpressen. In diesem Fall ist der Mikrolegierungsprozess diffusionsgesteuert.

Obwohl diese Verfahren weit verbreitet sind, bleibt es eine Herausforderung, den Prozess zu optimieren und zu kontrollieren.