Einfluss des Mg und Si Gehaltes in Aluminiumlegierungen auf das Werkstoffverhalten unter massiver plastischer Verformung beim Auftragen von Schichten mittels Reibauftragschweißen

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Stefanie Hanke
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323162991

Dynamische Rekristallisationsvorgänge beeinflussen maßgeblich das Prozessverhalten und den Materialfluss bei reibbasierten Festphase-Fügeverfahren. Neben grundlegenden Werkstoffeigenschaften wie Wärmekapazität und Festigkeit, wirken sich werkstoffspezifische dynamische mikrostrukturelle Abläufe, u.a. Versetzungs- und Korngrenzenbewegung, Substrukturbildung oder Ausscheidungsvorgänge, stark auf die wirkenden Fließspannungen aus. Der Zusammenhang dieser mikrostrukturellen Mechanismen mit dem Materialverhalten während des Reibauftragschweißens, oder verwandter Festphase-Fügeverfahren, wurde bisher nicht systematisch wissenschaftlich untersucht. Durch Änderungen im Legierungsgehalt erforderliche Anpassungen der Prozessparameter werden bisher empirisch und mittels statistischer Methoden ermittelt.Beim Reibauftragschweißen (RAS) wird ein Bolzen aus dem Schichtwerkstoff, rotierend um die Längsachse, auf das Substrat gepresst. Nach einer kurzen Aufheizphase (< 2 s) kommt es zur Anhaftung des Bolzenmaterials auf der Substratoberfläche. Die rotatorische Relativbewegung findet nun durch Scherung des erweichten Bolzenmaterials statt. Wird eine zusätzliche translatorische Relativbewegung aufgebracht, wird das plastifizierte Bolzenmaterial als Schicht auf das Substrat aufgetragen. Die notwendige Prozesswärme wird nur aus der plastischen Deformation generiert.Beim RAS von Aluminiumlegierungen kommen Drehzahlen bis zu 4000 1/min zum Einsatz, Prozesstemperaturen erreichen ca. 80% der Schmelztemperatur und Abkühlraten betragen ca. 30K/s. Obwohl Dehnungen und Dehnraten beim RAS nur aus der Geometrie der abgescherten Schicht abgeschätzt werden können ist ersichtlich, dass dynamische Rekristallisation und Fließspannungen unter solch extremen Bedingungen bisher kaum erforscht sind. Einige Anhaltspunkte bieten nur wenige Gleeble- oder High-Pressure-Torsion Versuche bei hohen Temperaturen.Im Rahmen dieses Projektes werden 6 speziell angefertigte Aluminiumlegierungen mittels RAS verarbeitet. Diese Legierungen unterscheiden sich jeweils nur im Gehalt an Mg oder Si, so dass der Einfluss dieser Legierungselemente aufgezeigt werden kann. Der Si-Gehalt einer Legierung beträgt 17,5 Gew%, so dass während der Umformung unlösliche Si Hartphasen vorhanden sind, welche sich ebenfalls auf die Umform- und Rekristallisationsmechanismen auswirken. Neben Prozesskräften und resultierender Schichtgeometrie werden mittels XRD, EBSD und TEM die mikrostrukturellen Mechanismen der plastischen Verformung untersucht, und mit dem makroskopischen Werkstoffverhalten korreliert.RAS führt typischerweise zu sehr geringen Korngrößen und einer Einformung von Hartphasen. Die mechanischen Eigenschaften der Schichten, welche für potenzielle Anwendungen des Reibauftragschweißens als Methode zur Schichtgenerierung mittels massiver plastischer Deformation relevant sind, werden durch mikromechanische Tests im Rahmen dieses Projekts ermittelt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen