Verbesserung der Hochgeschwindigkeitssuperplastizität bei Aluminiumwerkstoffen durch Equal Channel Angular Pressing von Blechhalbzeugen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk; Professor Dr.-Ing. Martin Franz-Xaver Wagner
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 376797652

Das Ziel dieser Projektfortsetzung ist weiterhin die Erhöhung der möglichen Umformgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Senkung der Temperatur für die superplastische Umformung (SPF) von Aluminiumblechen durch Einsatz des Equal-channel Angular Pressings (ECAP). Für beide Projektpartner ergeben sich zudem ergänzende neue Fragen und Arbeitsschwerpunkte. Umformtechnik (utg):Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens haben gezeigt, dass eine Umformung von Aluminium-Blechwerkstoffen mit dem vorhandenen ECAP-Werkzeug möglich ist. Die Größenverhältnisse zwischen Probendicke und Kanal bewirken allerdings beim ECAP von Blechen niedrigere Scherdeformationen als im konventionellen ECAP. Ändert man die Kanalgeometrie zu Gunsten dieses Verhältnisses und reduziert die Kanalradien, so treten deutliche Inhomogenitäten über der Blechdicke und eine Rissbildung am Innenradius auf. Diese Probleme sollen mit dem Aufbringen eines Gegendrucks reduziert werden. Auf Basis numerischer Untersuchungen kann diese Maßnahme für Blechwerkstoffe bereits als zielführend bestätigt werden. Durch die Implementierung eines Gegendrucks kann somit ein wesentlicher Schritt in Richtung der industriellen Anwendbarkeit des Laborverfahrens ECAP getätigt werden. Die aufgeführten Fragestellungen ergeben sich folglich aus produktionstechnischer Sicht:• Wie wird ein Gegendruck beim ECAP für Blechwerkstoffe realisiert, um die eingebrachten Scherdehnungen weiter zu erhöhen?• Wie muss dieser Gegendruck und die zugehörige Kanalkonfiguration gewählt werden, um eine rissfreie Oberfläche und eine möglichst homogene Dehnungsverteilung im Blechwerkstoff zu erzielen? Werkstoffwissenschaft (LWW):Im Rahmen des Projekts hat sich ein ausgeprägter Einfluss einer dem ECAP-Prozess nachgelagerten Wärmebehandlung auf die erreichbaren Dehnungen gezeigt. Die Ursache dafür liegt in der thermischen Stabilität der umgeformten Gefüge. Mit Hilfe von gezielten Erholungs- bzw. Rekristallisationswärmebehandlungen lassen sich unterschiedlich thermisch stabile Mikrostrukturen einstellen und deren Eignung für superplastische Umformprozesse untersuchen. Im Fokus steht daher die Erlangung eines grundlegenden Verständnisses der mikrostrukturellen Mechanismen bei plastischer Verformung nach unterschiedlichen Post-ECAP-Wärmebehandlungen. Dabei sollen verschiedene Gefüge eingestellt, mittels (transmissions-) elektronenmikroskopischer Methoden untersucht und anschließend deren Verformungsverhalten bei verschiedenen Temperaturen und Dehnraten im Zugversuch charakterisiert werden. Aus werkstoffwissenschaftlicher Sicht ergeben sich die nachfolgenden Fragestellungen, deren Beantwortung maßgeblich zum ganzheitlichen Erfolg des Projektes beitragen wird: • Welche mikrostrukturellen Vorgänge während der Nachwärmebehandlung beeinflussen die erreichbare (super-)plastische Dehnung?• Welchen Einfluss hat die thermische Stabilität der UFG-Gefüge und inwiefern verändert eine dynamische Rekristallisation die Dehnungswerte bei der Warmumformung?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Philipp Frint; Dr.-Ing. Roland Golle