Dispersionsverstärkung naheutektischer Al-Si-Gusslegierungen durch ultrafeine TiC-Partikel

Vor dem Hintergrund immer weiter steigender thermischer und mechanischer Belastungen von Motorenkomponenten wie Kolben und Zylinderköpfen wurden die heute verwendeten warmfesten Al-Si-Gusslegierungen bereits bis in den Grenzbereich der mechanischen und thermischen Belastung optimiert. Eine weitere Verbesserung der Warm- und Kriechfestigkeit dieser für die Automobilindustrie wichtigen Werkstoffe kann durch Zugabe titankarbidhaltiger Vorlegierungen erreicht werden. Die Basis für die am weitesten verbreiteten warmfesten Al-Gusslegierungen bildet das eutektische System Al-Si. Eine entsprechende Legierungsgruppe mit Cu als weiterem Legierungselement erstreckt sich über einen breiten Bereich von etwa 6 Gew.-% bis 18 Gew.-% Si und 1 Gew.-% bis 4 Gew.-% Cu. Die warmfesten AlSiCu-Legierungen sind kalt- und warmaushärtbar, so dass ihre mechanischen Eigenschaften durch entsprechende Wärmebehandlung deutlich verbessert werden können. Bei Einsatztemperaturen von über 250 °C kommt es durch Ostwaldreifung zu einer raschen Vergröberung der Aushärtungsphasen, was zu einer starken Abnahme der Festigkeitseigenschaften führt. Zur Verbesserung der Kriechbeständigkeit bei hohen Temperaturen eignen sich die Übergangsmetalle Ni, Cr, Co, Ti und Mn, die im festen Zustand eine geringe Löslichkeit in der Aluminiummatrix und einen niedrigen Diffusionskoeffizienten aufweisen [1]. Versuche, die statische Warmfestigkeit der AlSiCu-Legierungen durch Zugabe unterschiedlicher Gehalte der Elemente Ni, Ce, Cr, Co, Ti entscheidend zu verbessern, blieben bis jetzt jedoch ohne Erfolg [2]...