Logo Leibniz Universität Hannover
Logo: IFUM
Logo Leibniz Universität Hannover
Logo: IFUM
  • Zielgruppen
  • Suche
 

Verbundschmieden hybrider Stahl-Aluminium Bauteile

Förderung:Graduiertenkolleg 1378, gefördert durch DFG
Kontakt:massivumformungifum.uni-hannover.de

Die Herstellung hybrider Bauteile mittels Massivumformung stellt eine erfolgversprechende Methode dar, einbaufertige Funktionsteile in wenigen Prozessschritten ressourcenschonend herzustellen. Beim Verbundschmieden wird ein Rohteilverbund bestehend aus Kern- und Hohlzylindern unterschiedlicher Werkstoffe verwendet und im Umformprozess umformtechnisch gefügt. Dadurch entsteht im Bauteil eine gradierte Werkstoffstruktur, mit dem die mechanischen Eigenschaften des Bauteils gezielt an das Anforderungsprofil angepasst werden können. Verbundschmieden ist das form-, stoff- und/oder kraftschlüssige Fügen von Multimaterialsystemen bei gleichzeitiger bildsamer Formgebung (Abbildung 1).

Abbildung 1 : Verfahrenskette beim Verbundschmieden hybrider Stahl-Aluminium Bauteile

Im Rahmen des Graduiertenkollegs 1378 „Herstellung, Bearbeitung und Qualifizierung hybrider Werkstoffsysteme“ wird am IFUM Grundlagenforschung zum Verbundschmieden artfremder Werkstoffkombinationen am Beispiel von Stahl-Aluminium Bauteilen durchgeführt.

Eine besondere Herausforderung stellt hierbei die Erwärmung der hybriden Rohteile dar. Die Warmumformung von Stahl erfolgt in der Regel bei einer Temperatur von ca. 1200 °C, um ausreichend hohe Umformgrade realisieren zu können. Dagegen beträgt die optimale Schmiedetemperatur für Aluminium abhängig von der Legierung lediglich ca. 450 °C. Die Temperatur des Aluminiums soll vor der Umformung aufgrund des geringen Schmelzpunktes von Aluminium maximal 500 °C betragen. Zum Nachweis der Realisierbarkeit einer inhomogenen Rohteilerwärmung wurden umfangreiche experimentelle Voruntersuchungen zum Erwärmungs- und Abkühlverhalten hybrider Stahl-Aluminium Rohteile unter Variation der Anfangstemperatur sowie des Wärmetransfers zwischen Stahlmantel und Aluminiumkern durchgeführt. Die Ergebnisse belegen, dass eine inhomogene Temperaturverteilung durch die Ausnutzung des Skin-Effekts bei der induktiven Erwärmung und durch einen umlaufenden Luftspalt zwischen Stahlmantel und Aluminiumkern definiert realisiert werden kann.

Die unterschiedlichen werkstoffspezifischen Wärmeausdehnungskoeffizienten können zur Bildung von sogenannten Schrumpfspalten führen. Durch die Wahl einer gezielten inhomogenen Erwärmung ist es möglich, die Wärmeausdehnungen der Einzelwerkstoffe auszugleichen. Durch die gezielte Beeinflussung der Wärmeausdehnungen kann, neben einer formschlüssigen Verbindung durch den Umformprozess sowie einer stoffschlüssigen Verbindung innerhalb der Werkstoffstruktur durch das Verschweißen der Basiswerkstoffe, zusätzlich auch ein Kraftschluss erreicht werden.

Die Charakterisierung der Fügezone verbundgeschmiedeter Stahl-Aluminium Bauteile stellt ein wesentliches Bewertungskriterium für die globale Bauteilqualität dar. In Abhängigkeit zu den Umformtemperaturen kann es beim Verbundschmieden zur Bildung von stoffschlüssigen Verbindungen in Form von intermetallischen Phasen kommen (Abbildung 2). In den am IFUM durchgeführten Grundlagenuntersuchungen werden Methoden zur Charakterisierung der Fügezone und die Einflussfaktoren auf die Bildung intermetallischer Phasen beim Verbundschmieden ermittelt.

Abbildung 2 : verbundgeschmiedetes, getrenntes Hybridbauteil (links) und Fügezone (rechts)

Übersicht