Mikrostrukturelle Entwicklung in artungleichen Al/Ti-Grenzflächen, erzeugt unter Nichtgleichgewichtsbedingungen bei Festphase-Prozessen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Benjamin Klusemann
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464986536

Multimaterialstrukturen sind eine Alternative, um ein Reduktion des strukturellen Gewichts für den Transportsektor zu erreichen. Solche Multimaterialstrukturen werden derzeit durch Verklebung oder mechanische Verbindungen mittels Nieten hergestellt. Die erste Variante bringt eine Umweltbelastung mit sich und letztere zusätzliches Gewicht. Festphase-Fügeprozesse sind eine umweltfreundliche Technologie, mit der man in der Lage ist, fehlerfreie Verbindungen aus unterschiedlichen Materialkombinationen bei herausragenden mechanischen Eigenschaften herzustellen. Diese Verfahren sind durch transiente Temperaturzyklen (d.h. hohe Aufheiz- und Abkühlraten, wobei die maximalen Temperaturen unterhalb des Schmelzpunkts der zu verbindenden Materialien bleiben) und hohe Verformungsraten gekennzeichnet. Dieses führt zu einem komplexen Materialfluss in der Fügezone. Infolgedessen bilden sich intermetallische Phasen an den Grenzflächen. Es hat sich gezeigt, dass solche Mikrostrukturen das mechanische Verhalten von Leichtbaustrukturen signifikant beeinflussen bzw. bestimmen. Studien in der Literatur beschäftigen sich mit der Mikrostrukturentwicklung für bestimmte Materialkombinationen während der typischen thermomechanischen Prozesscharakteristika von Festphase-Fügeprozesse, jedoch fehlen hierbei Untersuchungen, die die Auswirkungen von Temperatur und Materialfluss in artungleichen Verbindungen systematisch und isoliert betrachten. Des Weiteren bestimmt die spezifische Legierungszusammensetzung maßgeblich das Diffusionsverhalten und die damit resultierende intermetallische Phasenbildung im Grenzflächenbereich. Das beantragte Projekt befasst sich mit den oben genannten Wissenslücken in Hinblick auf ein umfassendes Verständnis der mikrostrukturellen Entwicklung in Bimetall-Grenzflächen, die unter Nichtgleichgewichtsbedingungen erzeugt werden. Hierzu werden das Reibrührschweißen und das Reibpunktschweißen eingesetzt um artungleiche Verbindungen aus Al-Si-Mg-Legierungen (basierend auf AA6013) und Ti-6Al-4V herzustellen. Die Zusammensetzung der Al-Legierungen werden systematisch hinsichtlich der Schlüsselelemente Si und Mg variiert, um die Auswirkungen auf die mikrostrukturelle Entwicklung in den Grenzflächen zu untersuchen. Die vorgesehenen Prozesse führen zu unterschiedlichen Temperaturzyklen und Materialflussbedingen, die systematisch für die verschiedenen, vorgesehenen Materialkombinationen im Rahmen des Projekts untersucht werden. Die Untersuchung wird durch entsprechende numerische Prozesssimulationen unterstützt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Science Foundation, bis 3/2022
• Mitverantwortliche: Dr. Jorge F. dos Santos; Uceu Suhuddin, Ph.D.
• Kooperationspartner: Sergey Mironov, Ph.D., bis 3/2022