Synthese von Nicht-Gleichgewichts-Legierungen durch Rührreibschweißprozesse

• Antragsteller: Professor Dr. Ferdinand Haider; Professor Dr.-Ing. Michael Friedrich Zäh
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310621524

Das Rührreibschweißen (engl.: Friction Stir Welding - FSW) ist ein Festphasen-Fügeverfahren, bei dem die stoffschlüssige Verbindung durch eine lokale Plastifizierung und eine mechanische Durchmischung des Werkstoffs an den Stoßflächen der Fügepartner erzeugt wird. Die erzielten Verbindungseigenschaften können insbesondere wegen der feinkörnigen Gefügestruktur, die sich aufgrund der dynamischen Rekristallisation in der Prozesszone einstellt, sehr hohe Qualitäten erreichen. Diese positive Gefügemodifikation wird bei dem Verfahren Friction Stir Processing (FSP) explizit angestrebt. Statt dem Fügen ist eine reine Werkstoffbehandlung das Ziel dieser Verfahrensvariante. So wird das FSP dazu genutzt, um an Werkstücken lokal das Gefüge zu veredeln. Beiden Rührreibprozessen (FSW und FSP) ist gemein, dass in der Regel auf den Einsatz von Schweißzusatzwerkstoffen verzichtet wird. Allerdings ist die Möglichkeit der thermomechanischen Legierbarkeit mittels Rührreibprozessen durchaus gegeben. So zeigen die Ergebnisse mehrerer veröffentlichter Untersuchungen, dass beispielsweise durch das FSP solide Anbindungen und bisweilen sogar nachweislich eine Legierungsbildung zwischen dem eingebrachten Zusatz- und dem Basiswerkstoff zu erreichen sind. Im Rahmen der eigenen Vorarbeiten konnte des Weiteren gezeigt werden, dass ein gezieltes Auflegieren einer FSW-Naht mit einem Schweißzusatzwerkstoff durch die Bildung von intermetallischen Phasen im festen Zustand prinzipiell möglich ist. Die beschriebenen Ergebnisse basieren jedoch weitestgehend auf werkstoffkundlichen Untersuchungen und wurden bislang kaum auf prozesstechnische Vorgänge zurückgeführt. Somit fehlt bislang ein fundiertes und umfassendes Wissen über die legierungsbildenden Vorgänge bzw. deren Einflussgrößen und eine Möglichkeit, diese durch prozesstechnische Maßnahmen zu steuern. Das Ziel des Projekts ist es, Verständnis über die Einsatzmöglichkeiten der Rührreibprozesse als Methode zur Herstellung von Nicht-Gleichgewichts-Legierungen oder von Materialien mit lokal modifizierter Zusammensetzung zu erlangen. Hierzu soll zum einen das Verständnis der prozesstechnischen Erfordernisse vertieft werden. Zum anderen sollen die metallkundlichen Vorgänge beim mechanischen Legieren metallischer Werkstoffe durch Rührreibprozesse untersucht werden. Auf prozesstechnischer Seite wird der Fokus auf einer homogenen Verteilung des einge-brachten Zusatzwerkstoffs und der Ermittlung bzw. Erzeugung eines geeigneten Temperaturhaushaltes liegen. Auf werkstoffkundlicher Seite wird das Hauptaugenmerk auf der Analyse der Legierungsbildung und der Legierungseigenschaften liegen. Das erarbeitete Wissen soll schließlich dazu dienen, in Form eines gekoppelten Prozess- und Werkstoffmodells die legierungsbildenden und -steuernden Wirkmechanismen zu beschreiben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen