Basic research on the fabrication and properties of in situ AI3Ti-reinforced aluminum casting alloys

Third party funded individual grant


Start date : 01.01.2019

End date : 31.03.2021


Project details

Short description

The development of Aluminum alloys mainly tends to increase the strength without worsening the ductility. Beside strength an increase in stiffness is also sought. In contrast to strength with Aluminium casting alloys the stiffness can be influenced by alloying to a very small extent only. A substantial increase in stiffness is possible by metal matrix composits. But poor wettability between the metal matrix and the ceramic particels and big differences in the thermal expansion lead to poor mechanical properties. One possible approach to solve these problems is using intermetallics based on Aluminium as reinforcement. These phases have a low density and a good wettability with the Aluminium matrix. Moreover, these phases can be produced by an in-situ reaction in the aluminum melt. The volume fraction of the reinforcing phase increases with this reaction. A special stirring technique ensures that the reinforcing phase is finely divided.


Scientific Abstract

Die Weiterentwicklung der Aluminiumbasiswerkstoffe zielt überwiegend auf die Erhöhung der Festigkeit ab, ohne dabei die Duktilität negativ zu beeinflussen. Neben der Festigkeit wird zudem eine Erhöhung der Steifigkeit angestrebt. Im Gegensatz zur Festigkeit kann bei Aluminiumgusslegierungen die Steifigkeit nur in einem sehr geringen Maße durch Legierungselemente verändert werden. Eine substanzielle Erhöhung der Steifigkeit ist durch die Erzeugung von Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen möglich. Allerdings führt die schlechte Benetzbarkeit zwischen Matrix und keramischen Partikeln in Kombination mit den sehr unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu vergleichsweise schlechten Materialeigenschaften. Ein möglicher Ansatz, das Problem der Benetzbarkeit und der mangelnden Anbindung der Partikel an die Matrix zu lösen, ist die Verwendung von intermetallischen Phasen auf Basis von Aluminium als Verstärkungskomponente. Diese Phasen zeichnen sich durch eine niedrige Dichte  und eine gute Benetzbarkeit mit der Aluminiummatrix aus. Zudem können diese Phasen durch eine in-situ Reaktion in der Aluminiumschmelze entstehen, der Volumenanteil an Verstärkungsphase nimmt bei dieser Reaktion zu. Durch eine spezielle Rührtechnologie wird gewährleistet, dass die Verstärkungsphase sich fein verteilt und die Matrix feinkörnig erstarrt.

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