Behandlung von Stahlblechen für das Druckgießen spalt- und verzugsarmer Aluminiumguss/Stahlblech-Metallhybriden (BeSt)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin; Professor Dr.-Ing. Andreas Bührig-Polaczek; Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245566034

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen des Projekts wurden die in der ersten Förderphase erarbeiteten Erkenntnisse zur Herstellung spalt- und verzugsarmer Aluminium-Stahlblech-Metallhybriden durch die Anwendung auf ein geometrisch anspruchsvolles Bauteil erweitert und gleichzeitig prozess- und geometriebedingte Einflussgrößen quantifiziert, die zur Ableitung einer bauteilübergreifenden Strategie für die Verbundherstellung geführt haben. Bei der Verwendung beschichteter Einleger konnten mit Hilfe einer kaltgasgespritzten AA7075 Beschichtung auf Blechen mit einer Oberflächenrauheit von Ra = 14 µm die höchsten Haftfestigkeiten erzielt werden. Das zusätzliche Entfernen der Oxidschicht, sowie der Einsatz eines Flussmittels, welches einen positiven Effekt auf das Benetzungsverhalten durch die Aluminium Gusslegierung EN AC-43500 ausübt trugen zudem zur Verbesserung der Haftfestigkeit zwischen den Werkstoffen bei. Weiterhin konnte der Prozess zur Strukturierung der Blecheinleger erfolgreich für beidseitige Strukturierungen adaptiert werden. Eine Vergrößerung der Kantenradien an den Walzstegen der Strukturwalzen reduziert die auftretende Kerbe in den Walzkanälen erfolgreich. hierbei wurde jedoch festgestellt, dass die Hinterschnittbreite dadurch überproportional reduziert wird. Die Untersuchung nachfolgender Biegeoperationen wurden durchgeführt und als unkritisch für die Struktur eingestuft. Für die Verbundherstellung im Druckgießprozess konnten sowohl für beschichtete, als auch für strukturierte Verbundbauteile starke Abhängigkeiten vom Gießprozess nachgewiesen und auch quantifiziert werden. Außerdem wurde für den formschlüssigen Verbund die vollständige Füllung der Kanalstrukturen während der Formfüllung als ausschlaggebende Stellgröße für die Verbundfestigkeit identifiziert, wobei Prozessschritten mit Einfluss auf die mechanischen Werkstoffkennwerte der Gusslegierung nur eine untergeordnete Rolle zugeordnet werden konnte.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Beschichten und Profilieren von Stahlblechen zur Herstellung druckgegossener Aluminium-Stahl-Hybride, Schriftreihe Oberflächentechnik, 15. Aachener Oberflächentechnik Kolloquium, Band 71, (2021)
  Bobzin, K.; Heinemann, H.; Hebing, J. & Erck, M.
  
• Optimization of the Surface Geometry in Structured Cold Rolling for Interlocking of Formed and Die-Cast Metal Components. Defect and Diffusion Forum, 414(2022, 2, 24), 89-94.
  Ringel, Aron & Lohmar, Johannes
  
• Realisieren von HPDC-Aluminium/Stahl Verbunden durch Beschichten und Strukturprofilieren, 16. Aachener Oberflächentechnik Kolloquium, Schriftreihe Oberflächentechnik, Band 73, (2022)
  Bobzin, K.; Heinemann, H. & Erck, M.
  
• Towards 3D Modelling of Cold Rolled Channel Structures for Interlocking Steel-Al Die Casting, 36. ASK Umformtechnik - Ideen Form geben, 2022-10-26 - 2022-10-27, Aachen, Germany, Seiten: 497-508
  Ringel, Aron; Hirt, Gerhard & Lohmar, Johannes
  
• Influence of High-Pressure Die Casting Process Parameters on the Compound Strength of Hybrid Components with Undercut Sheet Metal. Metals, 13(10), 1717.
  Bruckmeier, Lukas; Ringel, Aron; Vroomen, Uwe; Bailly, David & Bührig-Polaczek, Andreas
  
• TS-Beschichtungen als Lösung zum Fügen von Stahl/Al-Verbundgussbauteilen, Thermal Spray Bulletin 02/2023 (2023), ISSN 1866-6248
  Bobzin, K.; Heinemann, H.; Erck, M. & Körner, J.