1 EINLEITUNG UND MOTIVATION .................................... 7
2 GRUNDLAGEN DER THEMATIK WASSERSTOFF UND ALUMINIUM ............ 9
2.1 Allgemeine Betrachtungen und Quellen der Wasserstoff
aufnähme ................................................ 9
2.2 Einfluss von Legierungselementen auf die
Wasserstofflöslichkeit ................................. 11
2.3 Entgasung von Aluminiumschmelzen ....................... 13
3 PORENBILDUNGSTHEORIEN IN ALUMINIUMSCHMELZEN ................. 16
3.1 Homogene Porenbildung in Aluminiumschmelzen ............ 16
3.2 Heterogene Porenbildung in Aluminiumschmelzen .......... 19
3.3 Porenbildung an "Bifilmen" ............................. 25
4 TYPEN DER POROSITÄT IN ALUMINIUMLEGIERUNGEN ................. 29
4.1 Entstehung und Arten von Porositäten ................... 29
4.2 Erstarrungslunker ...................................... 30
4.3 Gasporosität ........................................... 33
4.3.1 Einfluss des Wasserstoffgehaltes auf die
Porosität ....................................... 34
4.3.2 Einfluss des Reinheitsgrades der Schmelze auf
die Porosität ................................... 34
4.3.3 Einfluss der Abkühlgeschwindigkeit auf die
Porositätsausbildung ............................ 35
4.3.4 Einfluss von Legierungselementen auf die
Porenmorphologie ................................ 36
4.4 Unterscheidung zwischen Gasporen und
Erstarrungslunkern ..................................... 38
4.5 Spezielle Proben zum Nachweis von Lunkern und
Gasporositäten ......................................... 41
4.6 einfluss der porosität auf die mechanischen
eigenschaften .......................................... 42
5 WASSERSTOFFMESSUNG IN ALUMINIUMSCHMELZEN .................... 44
5.1 CHAPEL-Verfahren ....................................... 45
5.2 Das Alspek-Verfahren ................................... 46
5.3 Der Dichteindex ........................................ 48
6 OXIDATION VON ALUMINIUM ..................................... 50
6.1 Entstehung und Arten von Aluminiumoxiden ............... 50
6.2 Herstellung von oxidhaltigen Einsatzmaterialien für
Aluminiumschmelzen ..................................... 54
6.3 Bestimmung von Oxiden in Schmelzen ..................... 56
6.3.1 PoDFA-Analyse und PREFIL-Auswertung ............. 59
6.3.2 LiMCA ........................................... 61
6.3.3 Ultraschall ..................................... 62
7 ZUSAMMENFASSUNG DER GRUNDLAGEN UND ZIELE DER ARBEIT ......... 63
8 EXPERIMENTELLE VERSUCHSDURCHFÜHRUNG ......................... 65
8.1 Legierungen ............................................ 65
8.2 GIEßVERSUCHE ........................................... 65
8.3 Versuchsanlage ......................................... 66
8.3.1 Niederdruck-Gießverfahren ....................... 68
8.3.2 Formfüllung ..................................... 69
8.3.3 Wasserstoffmessung und Dichteindex (Dl) ......... 71
8.3.4 Bestimmung der nichtmetallischen Einschlüsse .... 71
8.3.5 Qualitätskriterium 1: Verlauf der Prefil-
Kurven .......................................... 72
8.4 Festlegung der Versuchsgeometrien ...................... 74
8.4.1 Die Stufenkeilprobe ............................. 75
8.4.2 Abkühlkurven der Stufenkeilproben ............... 77
8.4.3 Wärmebehandlung ................................. 78
8.4.4 Die Taturprobe .................................. 78
8.4.5 Titrationsverfahren ............................. 83
8.4.6 Relative Porosität .............................. 84
8.4.7 Temperaturerfassung der Taturproben ............. 85
8.4.8 Abkühlkurven der Taturproben .................... 86
8.4.9 Die Luftfährtprobe .............................. 87
8.5 Schliffpräparation ..................................... 88
8.6 Mikroskopie ............................................ 90
8.6.1 Schlifflagendefinition des Stufenkeiles ......... 92
8.6.2 Schlifflagendefinition der Taturprobe ........... 93
8.6.3 Qualitätskriterium 2: Porengröße ................ 95
8.6.4 Qualitätskriterium 3: Formfaktor ................ 96
8.6.5 Qualitätskriterium 4: flächenmäßiger
Porenanteil ..................................... 98
8.6.6 Qualitätskriterium 5: Anzahl der Poren pro
Fläche .......................................... 99
8.7 Zugversuch ............................................ 100
8.8 Computertomographie ................................... 100
8.9 Rasterelektronenmikroskopie ........................... 101
8.10 Versuchsdurchführung und Versuchsplan ................. 101
8.10.1 Versuchsdurchführung und Versuchsplan der
Stufenkeilprobe ................................ 102
8.10.2 Versuchsdurchführung und Versuchsplan der
Taturprobe ..................................... 103
8.11 Generelle Versuchsübersicht ........................... 105
9 INTERPRETATIONEN UND ERGEBNISSE FÜR DAS BEHANDLUNGSMITTEL
AL-X ....................................................... 106
9.1 Eigenschaftsermittlung des oxidischen
Behandlungsmittels .................................... 106
9.1.1 Schliffanalyse ................................. 106
9.1.2 Korngrößenverteilung .......................... 108
9.1.3 Modellrechnung zur theoretischen Verteilung
der Oxide in der Schmelze ...................... 109
9.1.4 Ergebnisse der Rasterelektronenmikroskopie
(REM) .......................................... 111
9.1.5 Ergebnisse der
Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) ....... 114
9.1.6 Chemische Zusammensetzung und
Wasserstoffgehalt .............................. 117
9.1.7 Homogenisierungsversuche ....................... 118
10 VERSUCHSAUSWERTUNG UND DISKUSSION DER ERGEBNISSE ........... 120
10.1 Ergebnisse der Prefil- und PodFa-Untersuchungen ....... 120
10.1.1 Verlauf der Prefil-Kurven ...................... 122
10.1.2 Qualitätskriterium 1 (QU) ...................... 125
10.1.3 Ergebnisse der PodFa-Analyse ................... 127
10.1.4 Korrelationen des Qualitätskriteriums 1
mit den Ergebnissen der Taturprobe ............. 132
10.1.5 Statistische Erfassung der Häufigkeiten der
Porengrößen und der Formfaktoren ............... 135
10.2 Ergebnisse der Stufenkeilprobe ........................ 136
10.2.1 Qualitätskriterium 2 ........................... 137
10.2.2 Qualitätskriterium 3 ........................... 142
10.2.3 Qualitätskriterium 4 ........................... 144
10.2.4 Qualitätskriterium 5 ........................... 147
10.2.5 Zusammenhang der mechanischen Eigenschaften
und der Porenmorphologie ....................... 149
10.2.6 Bruchflächenanalyse am
Rasterelektronenmikroskop ...................... 153
10.3 Taturprobe ............................................ 154
10.3.1 Makrolunkervolumen der Taturprobe .............. 155
10.3.2 Relative Porosität ............................. 156
10.3.3 Qualitätskriterium 2 ........................... 157
10.3.4 Qualitätskriterium 3 ........................... 158
10.3.5 Qualitätskriterium 4 ........................... 159
10.3.6 Qualitätskriterium 5 ........................... 159
10.3.7 Variation des Wasserstoffgehaltes bei
konstantem Al-X Gehalt ......................... 160
10.3.8 Ergebnisse der Computertomographie ............. 163
11 ÜBERBLICK ZU DEN LEGIERUNGEN ALSI12 UND ALCU4MGTI .......... 167
12 DISKUSSION DER ERGEBNISSE .................................. 169
13 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK ............................... 171
14 LITERATURVERZEICHNIS ....................................... 175
15 ABBILDUNGSVERZEICHNIS ...................................... 183
16 TABELLENVERZEICHNIS ........................................ 190
17 FORMEL VERZEICHNIS ......................................... 191
18 ANHANG ..................................................... 194
18.1 Anhang Teil A-Ergebnisse Al-X ......................... 194
18.2 Anhang Teil I-Prefil-Taturprobe ....................... 194
18.3 Anhang Teil II-und Teil III-Stufenkeilproben .......... 194
18.4 Anhang Teil IV-Ergebnisse Taturproben ................. 194
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