Elektronenstrahlschweißen von metallischen Gläsern
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Während die massiven metallischen Gläser wegen ihrer herausragenden Eigenschaften für eine Vielzahl von Anwendungen interessant sind, begrenzt die Größenbeschränkung bei ihrer Herstellung eine breite Nutzung dieser hochinnovativen Werkstoffe. Um die massiven metallischen Gläsern (MMG) besser in die Konstruktion von Produkten integrieren zu können, ist die Möglichkeit des Verbindens von massiven metallischen Gläsern untereinander oder an kristalline Materialien erforderlich. Obwohl die Schweißbarkeit von MMG mit verschiedenen Schweißverfahren prinzipiell nachgewiesen werden konnte, liegen bis zum heutigen Zeitpunkt nur wenige Erkenntnisse zum schweißtechnischen Fügen massiver metallischer Gläser vor. Auch das Elektronenstrahlschweißen massiver metallischer Gläser ist trotz seiner Vorteile gegenüber alternativen Verfahren nur in ersten Ansätzen erforscht, unter anderem in diesem Projekt. Als Erkenntnisgewinn gegenüber dem bisherigen Stand der Technik kann festgehalten werden: Es ist möglich, zirkonbasierte MMG an zirkonbasierte MMG sowohl in Stab- als auch in Blechform unter Erhalt der amorphen Struktur in Schweißgut und Wärmeeinflusszone mit dem Elektronenstrahl fehlerfrei zu fügen. Notwendige Randbedingungen sind zum einen die Minimierung der Energieeinbringung (Hier ist die Beschleunigungsspannung von entscheidender Bedeutung) und die Optimierung der Wärmeableitung. Vermutlich dürfen zum Erhalt vollständig amorpher Wärmeeinflusszonen in den Grundwerkstoffen keine kristallinen Reste enthalten sein, da diese in der Wärmeeinflusszone zu größeren Strukturen wachsen können. Es ist möglich, zirkonbasierte MMG an kristalline Trägerwerkstoffe zu schweißen. Es entsteht kristallines Schweißgut und auch eine kristallisierte Wärmeeinflusszone. Auch hier ist unter Minimierung der eingebrachten Energie und mit optimierter Wärmeableitung zu schweißen. Wegen der chemischen Verwandtschaft ist kristallines Zirkon gut als Trägerwerkstoff geeignet. Bei Stahl (1.4301) und Titan bilden sich im Schweißgut hohe Härten aus, die zu sehr sprödem Bauteilverhalten führen. Aufgrund der hohen Härte der zirkonbasierten MMG und der beim Auskristallisieren weiteren Härtesteigerung versagen die Bauteile spröde. Auf kerbarme Ausführung der Schweißnähte ist zu achten. Mehrachsige Spannungszustände sind zu vermeiden. Die besten Ergebnisse wurden im Stumpfstoß erzielt, optisch einwandfreie Überlapp- und T-Stöße brachen bereits bei der Präparation. Zum Erreichen der Anwendungsreife sind nach Verfügbarkeit ausreichender Mengen von MMG in reproduzierbarer Qualität weitere Arbeiten auf dem Gebiet des Schweißens metallischer Gläser notwendig. Diese sollten einerseits sich auf die Quantifizierung der für erfolgreiche Schweißungen notwendigen Randbedingungen erstrecken. Weiterhin sind weiterführende Projekte zur Gestaltung von Konstruktionen aus und mit MMG erforderlich. Ziele sollten hier neben den erzielbaren mechanisch-technologischen Werten vor allem Methoden zur Minimierung von Eigenspannungen und zur Reduzierung von Kerbwirkung sein. Darüber hinaus ist es denkbar, den Elektronenstrahl durch Umschmelzen kristalliner Ausgangsstoffe unter kontrollierten Bedingungen zur Herstellung metallischer Gläser mit existierenden und neuen Legierungszusammensetzungen einzusetzen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Electron Beam Welding of Special Materials Proceedings of VIth International Conference "BEAM TECHNOLOGIES & LASER APPLICATION“, 23. September 2009, pp. 259-266 St. Petersburg Publishing Polytechnical University
Reisgen, Uwe; Olschok, Simon; Balashov, Boris; Holk, Jens, Stein, L.
- Elektronenstrahlschweißen von massiven metallischen Gläsern. Electron beam welding of bulk metallic glasses Materialwissenschaften und Werkstofftechnik, 2009, 40, No. 12, pp. 882 – 887
Reisgen, Uwe: Balashov, Boris; Holk, Jens; Geffers, Christoph; Kühn, Uta
