Verbesserung des Einsatzverhaltens mehrlagiger, im Accumulative Roll Bonding Prozess hergestellter Blechhalbzeuge für die Umformtechnik

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392174229

Ein wesentlicher Lösungsansatz zur Senkung des CO2-Austoßes im Automobilsektor ist die Etablierung von innovativen Leichtbaukonzepten. Aluminiumlegierungen der 6000er-Serie zeichnen sich durch ihre hohe spezifische Festigkeit aus und werden daher bereits für Struktur- und Außenhautanwendungen im modernen Fahrzeugbau eingesetzt. Das Leichtbaupotential dieser Halbzeuge kann durch eine zusätzliche Festigkeitssteigerung erhöht werden. Diese kann neben einer Variation der Legierungszusammensetzung und der Wärmebehandlungsstrategie auch durch mechanische Verfahren umgesetzt werden. In diesem Kontext ist der Accumulative Roll Bonding (ARB) Prozess hervorzuheben, da er zur Herstellung von großflächigen und hochfesten Blechhalbzeugen verwendet werden kann. Im ARB-Prozess werden durch das wiederholte Stapeln und Walzen der Bleche hohe Umformgrade in den Werkstoff eingebracht, welche zu einer ultrafeinkörnigen Gefügestruktur führen. Ein wichtiger Prozessschritt des ARB-Verfahrens ist die Oberflächenbehandlung der Kontaktflächen der Blechhalbzeuge. Diese ist notwendig, um die bindungshemmende Oxidschicht zu entfernen und die Rauheit der Oberfläche zu erhöhen. Eine entscheidende Herausforderung stellt die Reproduzierbarkeit und Homogenität der Oberflächenbehandlung und der damit einhergehenden Oberflächeneigenschaften dar, welche mittels manueller Behandlungsmethoden bisher nicht realisiert werden konnte. Die übergeordnete Zielsetzung des Vorhabens ist die Erforschung der kontinuierlichen Herstellbarkeit mehrlagiger AA6014-Halbzeuge durch die grundlagenwissenschaftliche Analyse der Mechanismen der Bindungsentstehung. Dies setzt jedoch eine prozessstabile Oberflächenbehandlungsstrategie voraus, welche mithilfe einer robotergestützten Drahtbürststation umgesetzt wird. Dies ermöglicht die in der Zielstellung formulierte grundlagenwissenschaftliche Analyse der Zusammenhänge zwischen den Materialeigenschaften wie Verfestigung, Eigenspannungen und Oxidschichtdicke mit den resultierenden Bindungseigenschaften der mehrlagigen Halbzeuge. Die darauf aufbauenden Schadensanalysen bezüglich Rissbildung und Delamination mittels mechanischen Charakterisierungsversuchen haben das Ziel, ein vorteilhaftes Prozessfenster der Oberflächenbehandlung abzuleiten. Die Rissbildung ist vorwiegend abhängig von der Duktilität des mehrlagigen Materials. Ein Teilziel ist daher die Bestimmung der Abhängigkeit der Duktilität von der Anzahl an ARB-Walzzyklen für die untersuchte AA6014-Legierung. Zusätzlich wird im Hinblick auf eine zukünftig verbesserte Kontinuität des ARB-Verfahrens der Prozessschritt des Blechrichtens untersucht. Das Ziel ist es, den Einfluss des Richtprozesses auf die Grenzflächenverbindungen bei mehrlagigen ARB-Halbzeugen zu analysieren. Das Forschungsvorhaben bildet die Grundlage für eine zukünftige Verbesserung der ARB-Prozessgestaltung sowie des Formgebungsvermögens der resultierenden Halbzeuge im Hinblick auf umformtechnische Einsatzgebiete.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen