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Schlagwort: Industrie 4.0
Fördermaßnahme: KMU-innovativ (bis 2015)
Forschungsziel: Moderne Leichtbauverfahren bieten ein enormes Wachstumspotenzial vor allem in Bereichen, in denen bewegte Massen aufgrund ihres Gewichts einen bislang hohen Energieverbrauch verursachen. Ein exzellentes Ausgangsmaterial für den Leichtbau sind Verbundwerkstoffe, die für Temperaturbereiche über 100 Grad Celsius meist aus Leichtmetallmatrix-Verbundwerkstoffen (MCC) bestehen. Der Vorteil ihrer Anwendung besteht in der gezielten Erweiterung der Eigenschaften metallischer Werkstoffe in Verbindung mit keramischen Verstärkungskomponenten. Insbesondere bei Bremsscheiben, die bei Kraft- bzw. Nutzfahrzeugen, Eisenbahn und Flugzeugen noch aus Stahl bestehen, besteht noch ein hohes Entwicklungspotenzial. Eine Substitution des Stahls durch MCC erfolgte bislang nicht, weil dessen Herstellung zu kostenintensiv ist.
Prof. Gunter Leonhardt +49 371 5347-578
leonhardt@procon-chemnitz.de
Dipl.-Ing. Roland Heintz
+49 721 608-25136
roland.heintz@kit.edu
Problemstellung
Mit der zunehmenden Bedeutung des Leichtbaus in allen Bereichen des Land- und Lufttransportes aber auch des Maschinenbaus sind zur Verbesserung der mechanischen, tribologischen und thermischen Bauteileigenschaften neue Werkstoffentwicklungen erforderlich. Seit mehr als 30 Jahren werden deshalb vielfältige Entwicklungen zu mit keramischen Fasern und Partikeln verstärkten Leichtmetallen (MMC)/(p-MMC) durchgeführt, die aber bisher vor allem wegen der hohen Herstellungskosten nur in Ausnahmefällen zu einer breiten Anwendung geführt haben.
Projektziel
Schwerpunkt des Projektes war es, die Senkung der Herstellungskosten von p-AMC-Leichtbauteilen auf mindestens die Hälfte gegenüber den bisher eingesetzten Verfahren zu erreichen. Das wird einerseits durch die Entwicklung einer neuartigen Metallinfiltrationtechnik von Pulvermischungen mit hohen Keramikanteilen erreicht. Zudem wurde das Verfahren ohne eine starre Preform ausgelegt. Damit wurden Verbesserungen der mechanischen und thermischen Eigenschaften bei gleichzeitiger Erhöhung der Duktilität gegenüber dem bisherigen Verfahren möglich, bei gleichzeitiger Senkung der Kosten.
Vorgehensweise
Um die Halbierung der Kosten zu erreichen, wurde eine bisher nicht in der Praxis eingesetzte Herstellungstechnologie für AMC-Leichtbauteile verwendet. Sie bringt auf Basis der reaktiven Infiltration Partikel frequenzgesteuert an ihren Wirkungsort, wodurch eine bisher nicht erreichte Warmfestigkeit von über 400 Grad Celsius bei Aluminiumlegierungen erreicht wurde. Zusätzlich wurde der Gesamtprozess gegenüber dem traditionellen Herstellungsverfahren um einen Prozessschritt reduziert.
Anwendungspotenzial und Ergebnisse
Die wirtschaftliche Herstellung von hochbelastbaren Leichtmetallmatrix-Verbundwerkstoffen stellt ein enormes Entwicklungspotenzial für den deutschen Maschinen- und Anlagenbau dar. Neben Anwendungen in der Automobilbranche und im Schienenfahrzeugbau ist der Einsatz auch in der Luft- und Raumfahrt sowie im Sondermaschinenbau möglich.
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