Kontinuierliches Verbundgießen von rotationssymmetrischen Cu-Al-legierungsbasierten Halbzeugen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Babette Tonn; Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407989744

Die stetig steigenden Anforderungen an mechanische und physikalische Eigenschaften von Bauteilen und Halbzeugen aus metallischen Werkstoffen stellen eine große Herausforderung für deren Verarbeitung und Herstellung dar. Eine Möglichkeit, die mitunter konträren Anforderungen an Werkstoffe zu kombinieren, stellt die Verwendung von Werkstoffverbunden dar, wodurch die werkstoffspezifischen Vorteile der einzelnen Verbundpartner kombiniert werden können.Kupfer(Cu)-Aluminium(Al)-Verbunde sind seit geraumer Zeit Gegenstand der Forschung, da sich die sehr guten elektrischen, thermischen und antimikrobakteriellen Eigenschaften des Kupfers so mit der geringen Dichte, dem niedrigen Preis und den ebenfalls guten elektrischen Eigenschaften des Aluminiums kombinieren lassen. Das Verbundgießen rückt dabei verstärkt in den Fokus der Forschung und Entwicklung. Insbesondere das Verbundstranggießen, als urformendes Produktionsverfahren für metallisches Vormaterial, welches anschließend spanend, schneidend oder umformend weiterverarbeitet wird, eignet sich für die Herstellung von Hybridstrukturen.In einem vorangegangen Projekt wurde mittels umfangreicher experimenteller und simulativer Untersuchungen ein grundlegendes Verständnis der werkstoffkundlichen Mechanismen der Grenzschichtbildung in Abhängigkeit der gießtechnologischen Randbedingungen beim Urformen von Cu-Al-Verbunden generiert. Die gewonnenen Erkenntnisse aus den Grundlagenuntersuchungen zum statischen Verbundgießen von Reinmetallen bilden die Basis für die simulationsunterstützte Entwicklung eines neuartigen vertikalen Verbundstranggießprozesses zur Herstellung von Verbunden aus Cu- und Al-Legierungen. Durch dieses innovative Verfahren werden aluminiumummantelte Cu-Rohre und -Bolzen hergestellt. Eine gezielte und stabile Prozessführung ist hierfür ebenso essentiell wie das Verständnis der metallurgischen Vorgänge bei der Verbundbildung. Die Ursache-Wirkungs-Analyse zwischen Prozessparametern und mechanischen Eigenschaften der Hybride stellt daher einen der Hauptaspekte der Forschungsarbeiten dar. Die Entwicklung numerischer Berechnungsmodelle zur Gefügesimulation und Phasenbildung beim kontinuierlichen Verbundgießen von Mehrstofflegierungen runden das Arbeitsprogramm ab. Globales Ziel ist es auf Basis der chemischen Zusammensetzung der Fügepartner und der Prozessrandbedingungen des Verbundstranggießens ein Prognosemodell zur Verbundbeschaffenheit zu erstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen