Gefüge hybrider Verbundstrangpressprofile auf Aluminiumbasis

Abstract

Kurzfassung Vor dem Hintergrund der nachgewiesenen Verbesserungsmöglichkeiten der mechanischen Eigenschaften von Strangpressprofilen durch das Verbundstrangpressen metallischer Matrixmaterialien mit metallischen Verstärkungselementen stellt sich die Frage nach dem Potential des hybriden Verbundstrangpressens unter Verwendung von metallischen und nichtmetallischen Komponenten. In der vorliegenden Arbeit wurden hybride Strangpressprofile basierend auf der Aluminiumlegierung EN AW-6060, die mit einem Verbunddraht aus 60 Vol.-% Nextel Aluminiumoxidfasern und 40 Vol.-% EN AW-1099 verstärkt wurde, sowie basierend auf dem Verbundwerkstoff EN AW-6061 verstärkt mit 15 Vol.-% Al2​O3-Partikeln, der mit einem Federstahldraht verstärkt wurde, hergestellt und metallographisch charakterisiert. Mittels einer eigens angefertigten Strangpressvorrichtung, die auf einer Universalprüfmaschine betrieben wurde, konnten 20 mm lange Prüfkörper bei Presstemperaturen von 450 °C hergestellt werden. Die anschließende Charakterisierung in Licht- und Rasterelektronenmikroskop zeigte eine spaltfreie Einbettung der Drähte in die Matrixwerkstoffe, was auf eine gute Draht/Matrix-Bindung hindeutet. Dabei ist zu vermuten, dass das hybride Strangpressen eine deutliche Verbesserung der mechanischen Eigenschaften verglichen mit nicht-hybriden Profilen ermöglicht. Während des Pressprozesses trat kein Abreißen der Drahtverstärkungen auf. Wie auch schon beim Verbundstrangpressen metallischer Komponenten sind auch bei der Herstellung hybrider Strangpressprofile gerade bei der Verwendung von Verbundmatrices sehr große Presskräfte nötig. Darüber hinaus ist bei der Verwendung verstärkter Matrices mit hohem Werkzeugverschleiß zu rechnen.

Prototype Manufacturing of Extruded Aluminum Aircraft Stringer Profiles with Continuous Reinforcement

“…The debonding shear strength was in the same range as in former investigations, which were carried out with other alloys and reinforcement materials. While in [3,6,7] values between 61 and 138 MPa depending on the reinforcing element and additional pretreatments of the wire occurred, the interface between base material and Nanoflex wire showed a debonding shear strength of 105 MPa and between base material and Nivaflex wire 123 MPa without special pretreatments of the wires.…”