Christian Doppler Labor für Fortgeschrittene Aluminium-Legierungen
Das zentrale Thema dieses CD-Labors ist die Gewährleistung einer nachhaltigeren Mobilität. Die globalen Notwendigkeiten zur Reduktion der CO2-Emissionen und zur Einsparung von Energie führen zu einem enormen Druck die Möglichkeiten des Werkstoffleichtbaus auszubauen. Dies hat einen Trend ausgelöst Aluminiumlegierungen nicht nur in der Luftfahrt, sondern auch verstärkt in Fahrzeugen einzusetzen. Aluminiumlegierungen stehen dabei einem generellen Konflikt in der Werkstoffentwicklung gegenüber. Komplexe Leichtbau- und Designteile erfordern eine hohe Formbarkeit. Das Material muss jedoch auch eine hohe Einsatzfestigkeit gewährleisten (Crashverhalten, Widerstandsfähigkeit gegen Hagelschaden, …). Aluminiumwerkstoffe können den schwereren Stahl derzeit in der Massenanwendung nicht immer ersetzen, da das Verhältnis von Festigkeit zu Formbarkeit bei Aluminium-Legierungen noch ungünstiger ist. Die meisten industriell relevanten metallphysikalischen Mechanismen, welche die Festigkeit steigern, verringern gleichzeitig die Duktilität bzw. die Formbarkeit. Eine Überwindung des Festigkeits-Duktilitäts-Paradigma ist für den Erfolg neuer Aluminiumlegierungen in Massenanwendungen im Transportwesen entscheidend. Der scheinbar unlösbare Konflikt zwischen hoher Verformbarkeit und hoher Festigkeit wird im Christian Doppler Labor für Fortgeschrittene Aluminium-Legierungen erforscht.
Forschungsansatz
Zu einen forschen wir an der kontrollieren „Schaltung“ von Eigenschaften, um Aluminiumknetlegierungen während des Umformens weich und bei der Anwendung hart erscheine zu lassen. Zum anderen wird versucht die Festigkeit und Duktilität simultan zu steigern.
„Switchable alloys“ zielt auf die Entwicklung von „schaltbaren“ Eigenschaften ab, um somit Aluminium-Knetlegierungen während des Umformens weich und im Einsatz fest zu halten. Dabei erforschen wir die Ausscheidungskinetik von neuen Legierungen unter Zusatz von Mikrolegierungselementen um eine industrielle Anwendung von ultrastabilen 6xxx-Legierungen zu ermöglichen. Daneben werden Konzepte für neue hochfeste 6xxx-Legierungen erforscht.
„Cross-over alloys“ zielt auf eine simultane Optimierung des Kompromisses zwischen Festigkeit und Duktilität mit industrieller Anwendbarkeit ab. Dies geschieht durch eine Kombination der Vorteile unterschiedlicher Klassen von Aluminium-Knetlegierungen, welche optimale Formbarkeit bzw. Festigkeit aufweisen. Dabei wollen wir die grundlegenden Mechanismen für eine hohe Umformbarkeit und Festigkeit in den spezifischen Legierungsklassen verstehen und Kombinationsstrategien ableiten.
„Mikrostruktur Design“ befasst sich auch mit einer industriell relevanten simultanen Optimierung des Kompromisses zwischen Formbarkeit und Festigkeit. Dabei liegt der Fokus auf der Kontrolle der Kornstruktur und Textur von Aluminium-Knetlegierungen. Wir wollen die Mikrostruktur- und Texturbildung und ihre experimentelle Charakterisierung in Aluminium-Knetlegierungen verstehen. Ein Ziel ist es, Legierungen mit kontrollierter Mikrostruktur und Textur im Labormaßstab herzustellen und Laborerkenntnisse in den industriellen Maßstab zu übertragen.
„Rapid alloys" befassen sich mit dem Potenzial hoher Abkühlraten, um eine starke Übersättigung unlöslicher Elemente oder die Bildung neuer metastabiler Phasen zu erreichen. Dies kann entweder zu einer feinkörnigen Mikrostruktur oder zu völlig neuen Phasen führen, deren Auswirkungen auf das mechanische Verhalten heute nicht vorhergesagt werden kann. Beispielsweise simulieren wir die thermischen Bedingungen während der additiven Fertigung für ein schnelles Design neuer Aluminiumlegierungen im Labormaßstab.
