title: From nano to macro: understanding the microstructural interactions for influencing the mechanical properties of open-cell aluminium alloy foams
Creators: name: Blond, Aurélien
Publisher: name: Technische Universität Berlin
Year: 2025
Subjects: subject: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
subject: metal foam
subject: cellular metal
subject: mechanical properties
subject: failure mechanism
subject: Al-Schaum
subject: Metallschaum
subject: Energieabsorption
subject: Mikrostruktur

description: The growing need for products with tailored properties and the trend towards constructing lightweight products have made open-cell metal foams increasingly appealing for diverse applications. These materials stand out for their cellular structure, low density, and superior specific strength, making them ideal for impact-absorbing structures, as demonstrated by their extended plastic regime in the compression stress-strain results diagram. Aluminium casting alloys are extensively utilised across various industries, including automotive, defence, aviation and construction, due to their lightweight, excellent castability, cost-effectiveness and favorable mechanical properties. These alloys are promising candidates for metal foams. Factors like material properties, strut microstructure, density, potential anisotropy, and cell topology play crucial roles across different hierarchical levels. Enhancing the properties of metal foams can be achieved by improving the strut properties through careful alloy selection, processing route optimisation and cell topology modification. Building on prior internal research on cast metal foams made from Al-Si alloy, this thesis investigates the contribution of the strut microstructure on the mechanical properties, deformation behavior and failure mechanism both at foam and strut level. Different alloys such as AlSi7Mg0.3 and Al-4.8%Cu in as-cast and heat-treated states were used for the foam specimens to study the impact of phases in binary and ternary alloys.
description: Der wachsende Bedarf an Produkten mit maßgeschneiderten Eigenschaften und der Trend zur Konstruktion kleiner, leichter Produkte haben offenzellige Metallschäume für verschiedene Anwendungen immer attraktiver gemacht. Diese Werkstoffe zeichnen sich durch ihre zelluläre Struktur, ihre geringe Dichte und ihre überragende spezifische Festigkeit aus, was sie ideal für stoßabsorbierende Strukturen macht, wie ihr verlängertes Plateau im Druckspannungs-Dehnungs-Diagramm zeigt. Aluminiumgusslegierungen werden aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer ausgezeichneten Gießbarkeit, ihrer Kosteneffizienz und ihrer günstigen mechanischen Eigenschaften in verschiedenen Industriezweigen wie der Automobil-, Verteidigungs-, Luftfahrt- und Bauindustrie eingesetzt. Diese Legierungen sind vielversprechende Kandidaten für metallische Schäume. Faktoren wie Materialeigenschaften, Stegmikrostruktur, Dichte, potenzielle Anisotropie und Zelltopologie spielen auf verschiedenen Hierarchieebenen eine entscheidende Rolle. Eine Verbesserung der Eigenschaften von Metallschäumen kann durch eine sorgfältige Auswahl der Legierung, eine Optimierung des Verarbeitungsprozesses und eine Änderung der Zelltopologie erreicht werden. Aufbauend auf früheren internen Forschungsarbeiten über gegossene Metallschäume aus Al-Si-Legierung wird in dieser Arbeit der Beitrag der Stegmikrostruktur auf die mechanischen Eigenschaften und das Verformungsverhalten von offenzelligen Aluminium-Feingussschäumen und ihren einzelnen Streben untersucht, einschließlich der Frage, wie diese Variablen zusammenwirken. Für das Gießen der Metallschäume wurden verschiedene Legierungen wie AlSi7Mg0,3 und Al-4,8%Cu im gegossenen und wärmebehandelten Zustand verwendet, um den Einfluss von Phasen in binären und ternären Al-Legierungen zu untersuchen.