Einflüsse unterschiedlicher metallischer Laminatstrukturen auf das bruchmechanische Verhalten und Schädigungsmechanismen

Themenbereich:
Nanomaterialien

 

Verantwortlicher Mitarbeiter:

PD Dr.-Ing. Heinz Werner Höppel
Philip Pohl (M. Sc.)

Lamellare metallische Verbundwerkstoffe (LMCs, engl.: Laminated Metal Composites) bestehen aus alternierenden Metallschichten unterschiedlicher Legierungen, die über Grenzflächen miteinander verbunden sind.
Ziel bei der Herstellung von LMCs ist es, die günstigen Eigenschaften der jeweiligen Werkstoffe zu verbinden und im Idealfall Eigenschaften zu erhalten, die besser als der gewichtete Durchschnitt aus den einzelnen Komponenten sind.
Historisch wurde dieser Leitgedanke bereits seit vielen Jahrhunderten in der japanischen sowie der orientalischen Schmiedekunst für die Herstellung von Schwertern und Dolchen genutzt (z. B. beim Damaszener Stahl), um eine möglichst harte Klinge verbunden mit einem zähen, widerstandfähigen Kern herzustellen.
Der kumulative Walzprozess (ARB, engl.: Accumulative Roll Bonding) bietet die Möglichkeit, diese Idee auf einen industriellen Maßstab für die Fertigung von maßgeschneiderten Blech-Laminatverbunden zu übertragen. Dabei können sowohl die Laminatarchitektur, als auch die Größenordnung der Mikrostruktur der Werkstoffe prozesstechnisch eingestellt werden, die beide maßgeblichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Laminatverbunds haben. Durch die geschickte Kombination bestimmter metallischer Werkstoffe bzw. Legierungen können Laminatstrukturen hergestellt werden, die beispielsweise für Leichtbau-Anwendungen oder elektrische Anwendungen verbunden mit mechanischen Anforderungen von großem Interesse sind.
Der ARB-Prozess erlaubt es, neuartige Laminatarchitekturen mit maßgeschneiderten mechanischen Eigenschaften zu erzeugen. Damit ergeben sich neue Leichtbaukonzepte. Für die Werkstoffentwicklung ist es aber auch unbedingt nötig, ein grundlegendes Verständnis der Härtungs- und Verformungsmechansimen und der Schädigungsvorgänge zu entwickeln.
Dazu werden derzeit das bruchmechanische Verhalten der Laminatverbunde unter Berücksichtigung der richtungsabhängigen Eigenschaften für statische und zyklische Beanspruchungen unter Biegung sowie Zug/Druck näher untersucht. Von besonderem Interesse sind hierbei die Untersuchungen der Schädigungsmechanismen sowie die Einflussgrößen seitens Werkstoffwahl und Laminatarchitektur auf die Deformationszone an der Rissfront, insbesondere in der Nähe der Grenzflächen. Hierbei kommt auch das weltweit einzigartige Großkammer-REM (GK-REM) am ZMP in Fürth zum Einsatz.

[1] D. R. Lesuer, C. K. Syn, O. D. Sherby, J. Wadsworth, J. J. Lewandowski, and W. H. Hunt, “Mechanical behaviour of laminated metal composites,” Int. Mater. Rev., vol. 41, no. 5, pp.