Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Werkstoffanwendungen für Eisenaluminide (FeAl), (WAFEAL)

Das Vorhaben WAFEAL adressiert den Transfer der Forschungserkenntnisse im Bereich der gießtechnischen Verarbeitung von Eisenaluminidlegierungen (FeAl) in die industrielle Bauteilherstellung.

Ziel des Projekts ist die Erarbeitung von praxisorientierten Handlungsempfehlungen zu Konstruktion und Fertigung, die eine prozesssichere Herstellung von FeAl-Bauteilen ermöglichen, wovon besonders KMU der Gießereibranche, der produktionstechnisch vor- und nachgeschalteten Wertschöpfungskette sowie Ingenieurdienstleister profitieren werden. Es wird ein Wissens- und Technologievorsprung auf den folgenden Feldern generiert:

- Schlüsselinformationen zur gießgerechten Konstruktion von Gussteilen aus FeAl insbes. hinsichtlich der Vermeidung von Warmrissen

- Bewertung notwendiger Maßnahmen im Bereich Formenbau

- Beurteilung der Gießbarkeit von FeAl-Werkstoffen

- Ressourcen- und Kostenoptimierung bei der Bauteilherstellung durch Einsatz der Numerischen Simulation

- Kennwerte zur lastgerechten Auslegung von FeAl-Gussbauteilen

Durch die Qualifizierung von FeAl können sich diese KMU neue Geschäftsfelder erschließen.

Die dazu notwendigen Erkenntnisse werden mittels systematischer Versuche durch die Forschungsstellen erarbeitet. Dabei werden i. W. zwei Arten von Phänomenen adressiert, deren Verständnis grundlegend für eine wirtschaftliche Verwertung von FeAl ist: Das Werkstoffverhalten während der Verarbeitung sowie das mechanische Verhalten unter einsatznahen Bedingungen. Bei der Verarbeitung werden Verfahrensgrenzen mit Hilfe der Gießsimulation und anhand von Versuchen zur Bestimmung der Gießeigenschaften ermittelt und in Handlungsempfehlungen für Gießer überführt. Der Bereich mechanisches Verhalten umfasst die experimentelle Bestimmung von mechanischen und physikalischen Kennwerten, welche in lastabhängige Auslegungsregeln für Konstrukteure einfließen. Die durch Modellversuchen gewonnen Erkenntnisse werden anhand der Herstellung eines Demonstrators überprüft.

Ergebniszusammenfassung:

Die gießtechnische Verarbeitung von Eisenaluminiden (FeAl) stellt aufgrund der geringen Duktilität und der legierungsspezifischen Rissneigung während der Erstarrung des Gussteils eine besondere Herausforderung dar. Derzeit existieren keine praxisorientierten Handlungsempfehlungen für die prozesssichere Herstellung von Bauteilen aus Eisenaluminiden. Um diese Lücke zu schließen, ist das Verständnis der Zusammenhänge zwischen Werkstoffzusammensetzung, Gießprozess und Werkstoffeigenschaften von entscheidender Bedeutung. Für die Etablierung der Gießtechnik für die Herstellung von Bauteilen aus FeAl wurden daher am Beispiel der FeAl-Legierung Fe-26Al-4Mo-0,5Ti-1B at.% Gießkonzepte mit industrierelevanten Konstruktions- und Gießprozessen entwickelt und mit kommerziellen Simulationstools begleitet. Ein besonderer Fokus lag dabei auf der Neigung zur Rissbildung, die mittels Warmrissversuchen und Abgussserien unter Variation von Gießparametern und Legierungskonzentrationen untersucht wurde. Die betrachteten Gießverfahren und ihre Prozessparameter wurden durch umfangreiche strukturelle Charakterisierungen (Radiographie, Mikrostruktur, Phasenbestimmung, CT) und mechanische Tests (Härte, Zug-/Druckversuche) begleitet und für verschiedene Varianten verglichen. Kennwerte für Festigkeit und Kriechbeständigkeit bis 700 °C sowie temperaturabhängige physikalische und thermophysikalische Daten (Dichte, E-Modul, Phasenübergangstemperaturen, Wärmeausdehnungskoeffizient, Temperaturleitfähigkeit, Wärmekapazität) wurden zudem speziell für die Fe-26Al-4Mo-0,5Ti-1B-Legierung im Feinguss ermittelt, um eine solide Datenbasis für prozessspezifische Eigenschaften bereitzustellen. Diese kann bei Bedarf von Gießereibetrieben und Dienstleistern verwendet werden. Die gewonnenen Ergebnisse mündeten in praxisorientierten Handlungsempfehlungen für das Schleudergussverfahren im Fein- und Kokillenguss, welche KMU bei der gießgerechten Auslegung von Bauteilen aus FeAl bedarfsorientiert unterstützen.