Verbesserung der Hochgeschwindigkeitssuperplastizität bei Aluminiumwerkstoffen durch Equal Channel Angular Pressing von Blechhalbzeugen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurde die Verbesserung der superplastischen Eigenschaften von EN AW-5083 Blechwerkstoffen untersucht. Superplastizität beruht vorwiegend auf den folgenden Mechanismen: Versetzungskriechen, viskoses Gleiten (solute drag creep) und Korngrenzengleiten. Ein möglichst feinkörniges und globulares Gefüge begünstigt vor allem das Korngrenzengleiten und trägt so zu einer Verbesserung der superplastischen Werkstoffeigenschaften bei. Das hochgradig plastische Umformverfahren Equal-channel Angular Pressing (ECAP) ermöglicht durch die in den Werkstoff eingebrachten Scherdeformationen eine Kornfeinung. Das Verfahren wird bisher für Aluminiumwerkstoffe vorwiegend im Labormaßstab verwendet. Im vorliegenden Projekt wird es für Blechwerkstoffe qualifiziert und dazu verwendet, die Mikrostruktur von Aluminiumblechen der Legierung EN AW- 5083 mit Hinblick auf die superplastischen Eigenschaften zu verbessern. Die folgenden Projektergebnisse konnten dabei erzielt werden: Ein ECAP-Werkzeug für die Bearbeitung von Blechwerkstoffen konnte durch die Integration einer Gegendruckeinrichtung für die Anwendung von Aluminiumblechen (EN AW-5083) qualifiziert werden. Mit mehreren kumulativen Schritten (bis N = 4) sowie unter Verwendung der Prozessroute C konnte der Werkstoff schädigungsfrei umgeformt werden. - Für die individuellen ECAP-Umformungen konnte keine signifikante Verringerung der Korngröße, aber eine starke Ausrichtung der Gefüge zur eingebrachten Scherdeformation sowie die Entwicklung ausgeprägter Substrukturen mit deutlichen Deformationsgradienten dokumentiert werden.- Zur Stabilisierung der thermisch instabilen, noch inhomogenen Gefüge der hochgradig plastisch umgeformten Werkstoffzustände wurden unterschiedliche Nachwärmebehandlungen (gezielte Erholung und Rekristallisation abhängig vom Verformungszustand) untersucht. Insbesondere für die gezielte Rekristallisation der Zustände konnten abschließend sehr feinkörnige Mikrostrukturen mit gleichmäßig verteilten globularen Körnern im Werkstoff eingestellt werden.- Für die Umformung bei Raumtemperatur konnte für den rekristallisierten ECAP-Zustand eine starke Erhöhung der Streckgrenze (+ > 100 %) festgestellt werden. Durch die technischen Dehnungen von ca. 10 % bietet der Werkstoff großes Potenzial zum Einsatz in verschiedenen industriellen Anwendungen, z.B. im Leichtbau. - Unter Variation der Versuchsparameter (Temperatur, Dehnrate) konnte in Zugversuchen bei erhöhten Temperaturen ein Einfluss des Blech-ECAP-Verfahrens auf die erreichbare superplastische Dehnung nachgewiesen werden. Für anwendungsnahe hohe Dehnraten konnte bei einer Umformtemperatur von 350 °C eine Dehnung von 132 % erreicht werden (vgl. Referenzzustand + 28 %).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Facing the Issues of Sheet Metal Equal‐Channel Angular Pressing: A Modified Approach Using Stacks to Produce Ultrafine‐Grained High Ductility AA5083 Sheets. Advanced Engineering Materials, 23(9).
Illgen, Christian; Bohne, Benjamin; Wagner, Martin F.-X.; Gruber, Maximilian; Volk, Wolfram & Frint, Philipp
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Thermomechanical Analysis and Experimental Validation of ECAP for Aluminum Sheet Metal. The Minerals, Metals & Materials Series, 1775-1790. Springer International Publishing.
Gruber, Maximilian; Yang, Yiheng; Illgen, Christian; Frint, Philipp; Wagner, Martin F.-X. & Volk, Wolfram
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A Novel Method for the Determination of High Temperature FLCs of ECAP-Processed Aluminum AA5083 Sheet Metal. Key Engineering Materials, 926, 1039-1050.
Gruber, Maximilian; Leitner, Philipp; Auer, Matthias; Illgen, Christian; Frint, Philipp; Wagner, Martin F.X. & Volk, Wolfram
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Effect of Equal-Channel Angular Pressing and Targeted Heat Treatment on Aluminum AA7075 Sheet Metal. The Minerals, Metals & Materials Series, 25-36. Springer International Publishing.
Gruber, Maximilian; Spoerer, Thomas; Illgen, Christian; Frint, Philipp; Wagner, Martin F.-X.; Lechner, Philipp & Volk, Wolfram
