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Projekt
Untersuchung und gezielte Verstärkung des stoffschlüssigen Fügens durch Verfahren der Kaltmassivumformung
Fachliche Zuordnung
Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
Förderung
Förderung von 2012 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 227710263
Gegenwärtig sind Schlagworte wie Energieeffizienz und Leichtbau in der Fachliteratur omnipräsent. Bei der Realisierung der damit verbundenen Anforderungen werden häufig Leichtbauwerkstoffe wie Aluminium eingesetzt. Aufgrund der meist hohen mechanischen Anforderungen stoßen sie alleine häufig an ihre Grenzen. Eine Kombination von Materialien unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften (bspw. Aluminium-Stahl) bietet eine vielversprechende Möglichkeit, Bauteile belastungsgerecht einzustellen. Zur Fügung erweist sich das Fließpressen als geeignetes Verfahren.Um eine hohe Verbundfestigkeit zu erzielen, sind eine hohe Oberflächenvergrößerung und Kontaktnormalspannung notwendig. Zur Steigerung der Verbundfestigkeit erwiesen sich in der ersten Förderperiode zudem ein Angleichen der Ausgangsfestigkeiten als vorteilhaft. Des Weiteren wurde festgestellt, dass die Oberflächenvorbehandlung einen wesentlichen Einfluss auf die Verbundausbildung und -festigkeit hat. So zeigte sich die Probenpräparation einer Vorform mittels Drehen als unvorteilhaft, da die nativen Oberflächenschichten in den Oberflächentälern bei der Umformung gestaucht werden und somit die essentiell wichtige Oberflächenvergrößerung ausbleibt. Zudem wurden weitere mechanische und chemische Verfahren zur Oberflächenvorbehandlung bezüglich ihres Einflusses auf die Verbundausbildung analysiert. Als besonders geeignet erwiesen sich das Bürsten und das Ätzen. Um den zu Grunde liegenden Verbundmechanismus aufzuklären, wurde mittels TEM und Elektronenenergieverlustspektroskopie die Fügenaht analysiert. Hierbei hat sich gezeigt, dass sich keine intermetallische Phase, sondern eine aus Aluminiumoxid bestehende Reaktionsschicht an der Grenzfläche ausbildet, deren Ursprung nicht auf die native Oxidschicht der Fügepartner zurückzuführen ist. Nach jetzigem Erkenntnisstand stellt sich die Bindung zwischen Eisen und Aluminium über das im Prozess gebildete Aluminiumoxid ein. Um einen industriellen Transfer der bisher erlangten Kenntnisse an zylindrischen Proben zu ermöglichen, wurde ein Querfließpresswerkzeug zur Fertigung flächiger Verbunde ausgelegt.Im Rahmen der dritten Förderperiode werden weitere Maßnahmen zur Verstärkung des Verbundes wie das Einstellen des Eigenspannungszustandes und des eingeschlossenen Leervolumens analysiert. Die Ermittlung des Einflusses des Verunreinigungsgrades und einer Plasmabehandlung auf die Verbundfestigkeit sind ein weiterer Schwerpunkt. Zudem werden die Reaktionsschichten und deren Auswirkungen auf die Verbundfestigkeit näher untersucht. Um den Transfer in ein industrielles Umfeld zu ermöglichen, ist es das Ziel die Reproduzierbarkeit des Prozesses mit einer gleichzeitig geringen Streuung zu erreichen. Darüber hinaus wird die Übertragbarkeit der bisher gewonnen Erkenntnisse auf weitere Materialkombinationen untersucht. Um die Bauteile unter realitätsnahen Bedingungen zu prüfen, wird ein Torsionsprüfstand entwickelt.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Teilprojekt zu
SPP 1640:
Fügen durch plastische Deformation
