Gießtechnische Herstellung und technologische Charakterisierung von Kupfer-Aluminium-Schichtverbunden

Der Fokus der vorliegenden Arbeit liegt auf der Untersuchung der werkstoffkundlichen Zusammenhänge zwischen den thermischen Prozessbedingungen beim Verbundgießen von Kupfer und Aluminium und den daraus resultierenden mikrostrukturellen und technologischen Eigenschaften der Verbunde. Zur Orientierung bezüglich der grundlegenden Prozessparameter und Gewinnung erster Erkenntnisse dienen Verbundgießversuche in Sandformen, auf deren Basis eine modulare Dauerform ausgelegt und gefertigt wird. Mittels dieses Versuchsaufbaus erfolgt eine systematische Parameterstudie der bedeutendsten Prozessparameter, wie der Substrattemperatur des Kupfers, des Volumenverhältnisses von Aluminium zu Kupfer und den Kühlbedingungen. Zur Ermittlung des Einflusses der Prozessbedingungen auf die Mikrostruktur und die technologischen Eigenschaften werden die erzeugten Verbundkörper metallographisch analysiert und mechanischer Werkstoffprüfung unterzogen. Weiterhin erfolgt die Untersuchung des elektrischen Widerstands. Ausgehend von den experimentell erfassten Prozessdaten wird ein numerisches Simulationsmodell erstellt, mittels dem die thermischen Verhältnisse im Gießversuch virtuell nachgestellt und weiterführende Analysen des Prozesses durchgeführt werden. Abschließend erfolgt eine Gesamtbetrachtung der in Experiment und Simulation gewonnen Ergebnisse hinsichtlich der Verbundbildung und deren Wirkmechanismen.

The present thesis focuses on the investigation of the influence of the thermal conditions during composite casting of copper and aluminum on resulting microstructure and technological properties. Initially, composite casting experiments in sand molds serve to define basic process parameters and gain first findings. Based on these a modular permanent mold is designed and manufactured. With this set up a parametric study is conducted to identify the influence of various process parameters, like the substrate temperature of copper, the volume ratio of aluminum to copper and the cooling conditions. The influence on microstructure and technological properties is determined via metallographic examination, mechanical and electrical material testing. On basis of experimental process data, a numerical simulation model is developed to further analyze the thermal conditions during composite casting. The study is finalized with an overall view of the results of experiment and simulation regarding the mechanisms of the composite formation.