1 Einleitung ................................................... 5
2 Stand der Technik und der Kenntnisse ......................... 7
2.1 Physikalische Eigenschaften ............................. 7
2.2 Mechanische Eigenschaften ............................... 8
2.3 Mechanismen zur Härte- und Festigkeitssteigerung ....... 10
2.3.1 Härtung durch Mischkristallbildung .............. 11
2.3.2 Härtung durch Kaltverformung .................... 11
2.3.3 Härtung durch Ausscheidungsbildung .............. 12
2.3.4 Feinkornhärtung ................................. 15
2.4 Niedriglegierte Kupferbasislegierungen ................. 16
2.5 Verwendung von Kupferbasislegierungen als
Bahnleitmaterial ....................................... 18
2.5.1 Aufbau eines Oberleitungssystems ................ 19
2.5.2 Anforderungen an ein Oberleitungssystem ......... 23
2.5.3 Verwendete Legierungen .......................... 25
2.6 Verwendung der Legierung Kupfer-Magnesium .............. 29
2.6.1 Stand der Technik ................................ 29
2.6.2 Ausscheidungsverfestigung von Kupfer-Magnesium ... 33
2.6.3 Patentansprüche auf CuMg-Legierungen ............ 52
2.6.4 Simulation der Gefügeentwicklung von CuMg ....... 55
2.6.5 Struktur von Cu2Mg .............................. 57
3 Zielstellung der Arbeit ..................................... 59
4 Experimentelle Methoden ..................................... 61
4.1 Ermittlung der Belastungszustände bei
Hängerseilen ........................................... 61
4.1.1 Reale Belastungszustände an der Bahnstrecke ..... 61
4.1.2 Bruchflächenanalyse an Hängerseildrähten ........ 63
4.2 Strukturuntersuchungen ................................. 65
4.2.1 Lichtmikroskopie ................................ 65
4.2.2 Rasterelektronenmikroskopie ..................... 71
4.2.3 Funkenspektroskopie ............................. 72
4.3 Mechanische und physikalische Kennwerte ................ 73
4.3.1 Härteprüfung .................................... 73
4.3.2 Zugfestigkeit und Bruchdehnung .................. 73
4.3.3 Elektrische Leitfähigkeit ....................... 73
4.4 Probenherstellung ....................................... 75
4.4.1 Gießverfahren ................................... 75
4.4.2 Wärmebehandlungen ............................... 77
4.4.3 Temperaturmessungen ............................. 78
4.4.4 Umformung ....................................... 79
5 Ergebnisse der Untersuchungen ............................... 81
5.1 Ist-Zustand bei konventionellen CuMg-Legierungen
für Bahnleitmaterial ................................... 81
5.2 Ergebnisse der Untersuchung an Hängerseilen ............ 84
5.2.1 Art der auftretenden Belastungen ................ 84
5.2.2 Bruchflächenanalyse der Drahtbrüche an
Hängerseilen .................................... 88
5.2.2.1 Ermüdungsbruch/Schwingbruch ............ 91
5.2.2.2 Überlastbruch .......................... 95
5.2.2.3 Reibkorrosion/Mechanischer Abrieb ...... 98
5.3 Ergebnisse der Untersuchung an ausscheidungsfähigen
Legierungen ........................................... 104
5.3.1 Mikrostruktur des Gussgefüges .................. 104
5.3.2 Homogenisiertes Ausgangsgefüge ................. 105
5.3.3 Herstellung und Untersuchung der
Ausscheidungsphase ............................. 107
5.3.4 Wärmebehandlungsversuche und
Ausscheidungsverhalten ......................... 110
5.3.5 Mechanismen zur Steigerung der Duktilität ...... 132
5.3.5.1 Unterbrochenes Warmwalzen mit
statischen Rekristallisationen in
den Pausenzeiten ...................... 133
5.3.5.2 Zyklische Wärmebehandlungen ........... 137
5.3.5.3 Kornfeinung durch statische
Rekristallisation ..................... 141
5.3.5.4 Reaktionskinetische Modellierung ...... 161
5.3.6 Kombination verschiedener
Verfestigungsmechanismen ....................... 166
6 Diskussion zu ausscheidungsfähigen CuMg-Legierungen ........ 185
7 Zusammenfassung ............................................ 190
Literatur ..................................................... 193
Abbildungen ................................................... 208
Tabellen ...................................................... 215
Symbole und Abkürzungen ....................................... 215
Anhang A1 ..................................................... 218
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