FOR 922: Entwicklung eines prozessbegleitenden Werkstoffmodells für das Leichtmetall-Strangpressen zur durchgängigen Optimierung der Prozesskette
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Als wichtigstes Ergebnis und wesentliche Erweiterung gegenüber dem aktuellen Stand der Forschung sind die Integration der Wärmebehandlung in den Strangpressprozess und die Abbildung dieser neuen Prozesskette mittels FEM-Programmen zu nennen. Neben der Verkürzung der Prozesskette kann durch den Einsatz einer Druckluft- bzw. Zweistoffkühlung der Verzug der Profile wesentlich reduziert werden. Da das Wärmebehandlungsergebnis hierdurch abhängig von den Pressparametern wird, wurde mit der Wirbelstromprüfung ein Verfahren etabliert, das es erlaubt, die aus dem Gefüge resultierenden mechanischen Eigenschaften berührungslos im laufenden Prozess zu ermitteln. Die Simulationsergebnisse (entlang der Prozesskette) umfassen folgende Punkte: Mit Hilfe von visioplastischen Versuchen konnte ein Verfahren für eine rechnerische Bestimmung der sich ausbildenden Scherzone etabliert werden. - Durch die Separation von dynamischen und statischen Rekristallisationseffekten mit Hilfe eines Miniaturstrangpressversuchsstands, der es ermöglicht Werkzeug, Profil und Pressrest gemeinsam abzuschrecken, ist die Vorhersage der Korngrößen möglich. - Durch eine Charakterisierung der Sprayparameter konnten material- und temperaturabhängige Wärmeübergangskoeffizient berechnet werden, mit deren Hilfe Abkühlverläufe vorhergesagt werden können. - Durch eine fundierte mechanische Modellierung unterkühlter Aluminiumlegierungen können deren mechanische Eigenschaften nach dem Abschrecken und dadurch die Auftretenden Wärmebehandlungsverzüge sicher vorhergesagt werden. - Insgesamt ist es gelungen, das resultierende Gefüge, dessen Eigenschaften, den Verzug und die resultierenden Eigenspannungen in Abhängigkeit der Press-, Material- und Abkühlparameter rechnerisch vorherzusagen. Eine wesentliche Voraussetzung für den Erfolg dieses Vorgehens war die Möglichkeit, die Daten zwischen den verschieden Teilprojekten und damit den verschiedenen Softwareplattformen austauschen zu können. Die Anpassung der unterschiedlichen FE-Netze und komplexen Datenstrukturen für diesen Austausch bzw. die Datenarchivierung erfolgte im Rahmen der Arbeiten des Teilprojektes Z. Die Vernetzung der Teilprojekte innerhalb der Forschergruppe Strangpressen war außergewöhnlich intensiv. Dies ist darin begründet, dass alle beteiligten Projekte an einer gemeinsamen Prozesskette gearbeitet haben, die sowohl als realer Prozess als auch in der Simulation abgebildet wurde. Da zusätzlich bei der Validierung der Ergebnisse durch metallographische Analysen praktisch alle Teilprojekte beteiligt waren, gab es einen umfassenden Austausch von Proben, Daten und Informationen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Similarities and differences in heat treatment simulation of aluminium alloys and steels. In: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 40 (2009) 5-6, S. 473-478
Kessler, O.; Reich M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/mawe.200900479) - An Assessment of the Grain Structure Evolution during Hot Forward Extrusion of Aluminum Alloy 7020, Key Engineering Materials Vol. 424, Trans Tech Publications, 2010. S. 35-41
A. Foydl, N. Ben Khalifa, A. Brosius, A.E. Tekkaya
(Siehe online unter https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.424.35) - Grain Shape Evolution and Prediction for AA6082, Proceedings of the 12th Int. Conf. on Aluminium Alloys (ICAA), Yokohama, S. 2034-2039
A. Segatori, A. Foydl, L. Donati, N. Ben Khalifa, L. Tomesani, A.E. Tekkaya
- Localization of the Shear Zone in Extrusion Processes by means of Finite Element Analysis; Key Engineering Materials Vol. 424, pp 221-226, 2010
Kammler, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.424.221) - Simulation of gas and spray quenching during extrusion of aluminium alloys. In: Key Engineering Materials, 424 (2010), S. 57-64
Reich, M.; Schöne, S.; Kessler, O.; Nowak, M.; Grydin .O.; Nürnberger F.; Schaper M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.424.57) - Zerstörungsfreie Messmethoden zur Bestimmung des Warmauslagerungszustandes von Aluminiumlegierungen am Beispiel der Legierung EN AW-6082. Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 2010, 41, No. 8
N. Grittner, N.; Bormann, D.; Springer, R.; Reimche, W.; Bach, Fr.-W.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/mawe.201000619) - A Study of the Bauschinger Effect in Undercooled Aluminium Alloys. Proc. 3 Int. Conf. on Distortion Engineering, 14.-16.11., Bremen, Germany, 2011, p. 203-210
Reich, M.; Kessler, O.
- Die Bedeutung des Bauschinger-Effekts bei der Simulation des Ausscheidungshärtens von Aluminiumlegierungen, SYSWELD-Forum 2011, Weimar, 2011, Tagungsband, Bauhaus-Universität Weimar, S. 91-103
Reich, M.; Glumm, Ch.; Kessler, O.
- Gas Nozzle Field Quenching of L-Shaped Aluminium Extrusion Profiles. Proc. 3 Int. Conf. on Distortion Engineering, 14.-16.11., Bremen, Germany, 2011, p. 75-82
Schöne, S.; Reich, M.; Keßler, O.
- Integration des Gasabschreckens in das Strangpressen von Aluminiumlegierungen – eine Machbarkeitsstudie, HTM - J. Heat Treatm. Mat., Vol. 66, 3 / 2011, p. 175-181
Schöne, S.; Reich, M.; Keßler, O.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3139/105.110101) - Investigation And Prediction of Grain Texture Evolution in AA6082, The 14th International Conference on Material Forming, ESAFORM 2011, 27 - 29 April 2011, Queen`s University Belfast, 2011, S. 449-454
A. Segatori, A. Foydl, L. Donati, N. Ben Khalifa, L. Tomesani, A.E. Tekkaya
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.3589556) - Mechanical Properties of Undercooled Aluminium Alloys and Their Implementation in Quenching Simulation. Materials Science and Technology, 2011
Reich, M.; Kessler, O.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1179/1743284711Y.0000000085) - Experimental and Numerical Investigations on Metal Flow during Direct Extrusion of EN AW-6082; Key Engineering Materials Vol. 491, pp 137-144, 2012
Kammler, M.; Hadifi, T; Nowak, M.; Bouguecha, A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.491.137)
