Lokale Gefügeentwicklung, Grenzflächenintegrität und Rateneffekte bei modernen Fügeverfahren durch plastische Deformation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Franz-Xaver Wagner
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 227758514

In diesem Projekt werden die mikrostrukturellen Veränderungen und die daraus resultierenden Eigenschaften in den Fügezonen beim Kollisionsschweißen untersucht. Bei diesem Verfahren treten lokal hohe Umformgrade im Bereich der Fügezonen auf. Außerdem findet der Fügeprozess bei sehr hohen Geschwindigkeiten statt, so dass das hochdynamische Materialverhalten der Grundwerkstoffe als Grundlage für die Simulation systematisch experimentell charakterisiert werden muss. Durch eine enge Kooperation mit prozesstechnisch orientierten Projekten, in denen artgleiche und artungleiche Fügeverbindungen sowohl in einem vereinfachten Prüfstand als auch direkt in einem realistischen Fertigungsprozess hergestellt werden, können detaillierte mikrostrukturelle und werkstoffmechanische Untersuchungen durchgeführt werden. Dabei wird an technisch reinem Aluminium sowie an der Kombination eines Stahls mit Aluminium untersucht, wie sich unterschiedliche Ausgangsmikrostrukturen und Oberflächengüten auf das Kollisionsschweißen in einem speziellen Prüfstand sowie im Realprozess auswirken. So konnte bereits insbesondere die Ausbildung der charakteristischen, wellenförmigen Fügezone detailliert untersucht werden. Für die numerische Simulation des Fügeprozesses wurden hochdynamische Kennwerte ermittelt. In umfangreichen mikrostrukturellen Untersuchungen wurde gezeigt, dass die beim Fügen gebildeten Zwischenschichten vermutlich durch schnelle Erwärmung und ggf. sogar ein kurzzeitiges Aufschmelzen entstehen, was bei der anschließenden, sehr schnellen Abkühlung zu rekristallisierten und gerichtet erstarrten Gefügebereichen führt. Im Mittelpunkt der aktuellen und geplanten Untersuchungen steht die Klärung der Frage, wie diese spezielle Morphologie der Fügezonen von verschiedenen Prozessparametern beeinflusst wird, wie sie sich auf die Verbundfestigkeit und Integrität der Fügezone auswirkt und wie dadurch typische Prozessfenster werkstoffmechanisch eingegrenzt werden. Dazu werden weiterhin wohldefinierte Ausgangs-Mikrostrukturen bereitgestellt und hochdynamische mechanische Kennwerte ermittelt. Das Hauptaugenmerk liegt auf der mikrostrukturellen Charakterisierung der Fügezonen mittels Elektronenmikroskopie bzw. auf der Nanoindentation zur lokalen mechanischen Charakterisierung. Die geplanten Arbeiten tragen zum Verständnis von zwei zentralen Themen des SPPs (Bindungsmechanismen beim Fügen durch plastische Deformation und hochdynamisches Materialverhalten) bei.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1640: Fügen durch plastische Deformation