Einfluss der lokalen Mikrostruktur auf die Umformbarkeit stranggepresster Werkstoffverbunde

Das Teilprojekt beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung von Verbundstrangpressverfahren für die Herstellung hybrider Halbzeuge für die Massivumformung. Einerseits sollen verschiedene Werkstoffkombinationen zu hybriden Hohlprofilen für eine Anwendung in der Tailored-Forming-Prozesskette zur Herstellung einer Lagerbuchse gefertigt werden. Andererseits soll ein Prozess entwickelt werden, der die Herstellung eines asymmetrisch verstärkten Halbzeugs für das Demonstrator-Bauteil „Querlenker“ ermöglicht.

In der ersten Förderperiode konnte bereits gezeigt werden, dass bei hybriden Hohlprofilen aus Aluminium und Stahl sowohl stoffschlüssige Verbindungen zwischen den Fügepartnern als auch stabile Pressnähte erzeugt wurden. Für die verschleißbeständige Funktionsfläche der Lagerbuchse wird ein Einsatzstahl (20MnCr5) verwendet, der als Profil seitlich in ein modular aufgebautes Strangpresswerkzeug eingeführt wird, ohne während des Prozesses eine Umformung zu erfahren (Abbildung 1). Das Anpressen der aushärtbaren Aluminium-Legierung EN AW-6082 erfolgt über den gesamten Umfang des Stahlprofils mit dem Verfahren der Lateral Angular Co-Extrusion (LACE). Der entwickelte LACE-Prozess soll nun in der zweiten Förderphase auf weitere Werkstoffkombinationen übertragen werden und so der Einfluss der verwendeten Fügepartner auf die Qualität der Verbundzone untersucht werden. Für die verschiedenen Werkstoffkombinationen ist zu untersuchen, welche Breite des Phasensaums die Prozessgrenze für das nachfolgende Schmieden darstellt und ob die Verbundqualität durch weitere prozessabhängige Gefügeeigenschaften, wie z.B. die Textur der Aluminiumkomponente oder die mechanischen Eigenschaften der Pressnaht, gezielt beeinflusst werden kann. Anhand von Ergebnissen aus Analogieversuchen an einem Umformdilatometer sollen die Auswirkungen der Prozessparameter Umformtemperatur, Druck und Zeit auf die Dicke des intermetallischen Phasensaums in der Verbundzone analysiert und durch ein makroskopisches Modell numerisch abgebildet werden. Auf Basis dieses Modells werden Simulationsrechnungen zur Auslegung des Strangpressprozesses durchgeführt, mit dem Ziel umformgerechte Verbundprofile herzustellen, die einen ausreichend dünnen intermetallischen Phasensaum aufweisen. Die Verbundzone wird mittels licht- und elektronenmikroskopischer Methoden analysiert.

Für das Demonstrator-Bauteil „Querlenker“ soll zudem ein LACE-Prozess entwickelt werden, der die Herstellung asymmetrisch verstärkter Verbundprofile aus EN AW-6082 und 100Cr6 ermöglicht. Neben den geometrischen Herausforderungen an das schmiedegerechte Halbzeug, die das in Abbildung 2 gezeigte Bauteil mit sich bringt, soll auch hier ein stoffschlüssiger Verbund zwischen den Fügepartnern ermöglicht werden. Die Analyse der Verbundzone hinsichtlich der Anbindungsqualität in Abhängigkeit der lokal vorliegenden Prozessbedingungen, findet unter Zuhilfenahme der numerischen Prozessauslegung statt. Die Charakterisierung der Fügezonen stranggepresster Verbunde mittels licht- und elektronenmikroskopischer Untersuchungen erfolgt projektbegleitend, um die Ergebnisse laufend in die Auslegung rückzuführen und das Modell validieren zu können.