Optipor - Untersuchung der Keimbildungsmechanismen von Gasporen zur reproduzierbaren Ein-stellung und Optimierung des Porositätsprofils in Al-Si-Gusslegierungen zur Erhöhung des Wider-stands gegen Ermüdungsschädigung im Bereich sehr hoher Lastspielzahlen
Leichtbauteile aus Aluminium-Gusswerkstoffen sind vor allem in der Automobilindustrie längst an der Tagesordnung. Während des Gießprozesses bilden sich in der Struktur Poren oder Lunker aus. Diese können sich aufgrund ihres spannungserhöhenden, rissähnlichen Charakters negativ auf Ermüdungseigenschafen auswirken. Die Eliminierung von Porosität durch heiß-isostatisches Pressen ist unwirtschaftlich und würde die Stückkosten deutlich erhöhen. Vielversprechend dagegen ist die Einstellung eines definierten Porositätsprofils mit homogen und fein verteilten runden Gasporen. Aktuell sind jedoch die Porenbildungsmechanismen unzureichend verstanden, um reproduzierbare Porositätsprofile einzustellen. Daher wird derzeit mit höheren Sicherheitsbeiwerten konstruiert, um das Versagen des Bauteils ausschließen zu können. Mithilfe spezieller Keimbilder wird das Schwindungsdefizit homogen Verteilt und eine starke Ausprägung von Schwindungsporosität verhindert. Dadurch wird die Ermüdungsfestigkeit gesteigert und gleichzeitig die Streuung der Eigenschaften verringert. Die üblichen Rissinitiierungsorte sind Schwindungsdefizite in Form von Poren. Sobald die Poren nicht mehr der Rissinitiierungsort als Folge von Ermüdung sind, lässt sich der mikrostrukturelle Einfluss auf Rissentstehung und Rissfortschritt untersuchen. Durch spezielles Laborequipment lassen sich die Stellen an denen Ermüdungsrisse (vgl. Abb. 1) entstehen bereits vor mikro- und makroskopischer Rissinitiierung lokalisieren und so die frühe Phase der Rissentstehung mikroskopisch beobachten und so besser verstehen.
Das übergeordnete Forschungsziel des Projekts Optipor ist einerseits das Verständnis der Keimbildungsmechanismen von Gasporen und deren Bildung. Andererseits wird durch die Ermittlung von Ermüdungseigenschaften in Abhängigkeit der eingestellten Porosität und Mikrostruktur ein Schädigungsmechanismen-basiertes Materialmodell erstellt. Fertigungsseitig lassen sich durch die Forschungsziele Ausschussquoten und Kosten verringern, Ressourcen sparen und so nachhaltig produzieren. Auf Seiten des Anwenders lässt sich das Leichtbaupotential und damit die Effizienz durch die Reduzierung von Sicherheitsbeiwerten steigern.