Abstrakt

Vorhersage von Eigenspannungen in Metallmatrix-Verbundwerkstoffen mithilfe der Krümmung

  Dr. Neil Fellows 

 Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (MMC) können sehr wünschenswerte Material- und Komponenteneigenschaften aufweisen. MMCs können in solche unterteilt werden, die durch lange Endlosfasern (wie Kohlenstoff, Aluminiumoxid, Silizium, Bor und Karbid) oder durch diskontinuierliche Fasern (Partikel) verstärkt sind. Durch Zugabe von Fasern und Partikeln können die Eigenschaften des Grundmetalls (Matrix) verbessert werden. Die Festigkeitseigenschaften von MMCs werden bekanntermaßen stark vom Herstellungsprozess beeinflusst, der durch Änderungen der Matrixmikrostruktur und durch die Einführung von Eigenspannungen verursacht wird. Es ist sehr schwierig, die Eigenspannungen in MMCs zu messen, was zu Unsicherheiten bei der Vorhersage dieser Spannungen führt. Um diese Probleme zu lösen, wird in diesem Artikel eine indirekte Methode zur Vorhersage der Eigenspannungen durch Anpassen numerischer und experimenteller Krümmung vorgestellt. Das für die Untersuchung ausgewählte MMC ist Aluminium 6061, das mit langen Fasern aus Siliziumkarbid verstärkt ist. Die vorgestellten numerischen Modelle beziehen sich auf eine Aluminiumplatte mit inneren Schichten aus Siliziumfasern, die in 09  oder +55-55-Richtungen angeordnet sind, sodass die Platten nicht symmetrisch zur Mittellinie sind. Die numerischen Modelle berücksichtigen die Änderungen der Materialeigenschaften aufgrund von Kriechen und thermischer Belastung. Um die Fähigkeit der numerischen Modelle zur Vorhersage der Krümmung zu testen, wurden Aluminiumplatten nach denselben Spezifikationen und unter denselben Herstellungsbedingungen wie in den Modellen hergestellt. Die Krümmungen zwischen den Modellen und den hergestellten Platten zeigten eine gute Korrelation, was Vertrauen in die Fähigkeit der Modelle zur Vorhersage der Restspannungen für komplexere Komponenten gibt.