Strengthening of steels by ceramic phases

Feng, Yujie; Bleck, Wolfgang

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-44405

Strengthening of steels by ceramic phases = Verstärkung von Stählen durch keramische Phasen

Feng, Yujie (Author)

2013

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Yujie Feng

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2013

UmfangIII, 160 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Bleck, Wolfgang (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2013-01-25

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-44405
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/209629/files/4440.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Stahl (Genormte SW) ; Dichte <Physik> (Genormte SW) ; Elastizitätsmodul (Genormte SW) ; Keramischer Werkstoff (Genormte SW) ; Verbundwerkstoff (Genormte SW) ; Geowissenschaften (frei) ; Keramik-Verbundwerkstoff (frei) ; Keramischer Verbundwerkstoff (frei) ; E-Modul (frei) ; TiC (frei) ; TiB2 (frei) ; ceramic composite (frei) ; composite (frei) ; compound material (frei) ; elastic modulus (frei) ; density (frei) ; steel (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 550

Kurzfassung
Die Produktion von keramikverstärkten Feinblech mit geringer Dichte, hohem Elastizitätsmodul und hoher Festigkeit für Anwendungen im Automobilbau ist das Ziel der vorliegenden Studie. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Potential von verschiedenen keramischen Phasen und möglichen Prozessrouten erarbeitet, zusammengefasst und mit Literatur verglichen. Laborproduktionen von TiC, TiB2 und Fe2B verstärkten Stahlsorten wurden mittels konventioneller Schmelzgießroute, 2-Rollen-Bandgießanlage und Pulvermetallurgie hergestellt. Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der so entwickelten Erzeugnisse wurden untersucht. Die Verschleißfestigkeit und Hochtemperatureigenschaften wurden bei ausgewählten Werkstoffen getestet. Die Werkstoffe der vorliegenden Untersuchung wiesen eine homogene Verteilung der keramischen Phasen in der Stahl-Matrix auf. Keramisch verstärkte Stähle zeigten sowohl einen höheren spezifischen Elastizitätsmodul als auch eine höhere Festigkeit verglichen mit konventionellen Stählen. Zähigkeit und Fügbarkeit wurden verringert durch Zugabe von keramischen Phasen. Um die Nebenwirkungen gering zu halten, sollte der Volumenanteil von keramischen Phasen 10% nicht überschreiten. Von den getesteten Werkstoffen wies Fe-5%TiB2 die beste Kombination der Eigenschaften, Kosten für Legierungselemente und Produzierbarkeit auf. In Bezug auf interne Oxidationstests unter O2-Atmosphäre bei Fe-Al- und Fe-Si-Legierungen wurde das Ziel nicht erfolgreich erreicht. Aus diesem Grund wurden keine weiteren Tests der mechanischen Eigenschaften durchgeführt.

Production of ceramic reinforced thin sheet steel composites for automotive application with low density, high elastic modulus and strength is the aim of current study. Within this work, potential of various ceramic phases and possible processing routes were studied, summarized and compared through literature research. Laboratory production of TiC, TiB2 and Fe2B reinforced steel composites through conventional melting-casting route, twin roller route and powder metallurgy method were carried out. Physical and mechanical properties of all the developed products were examined. Wear resistance and high temperature properties were tested on selected material. The materials achieved in the current investigation demonstrated homogenous distribution of ceramic phases in the steel matrix. Ceramic strengthened composites showed higher specific elastic-modulus as well as strength compared with conventional steels. Ductility and joinability were reduced due to addition of ceramic phases. In order to restrict the side effects, volume fraction of ceramic phase should be limited up to 10%. Among all the materials, concept Fe-5%TiB2 possessed the best combination of property, alloying cost and producibility. With respect to internal oxidation tests under O2 atmosphere on Fe-Al and Fe-Si alloys, the target was not successfully achieved. Therefore, no further testing on mechanical properties was performed.

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