Gradierte hochfeste Aluminiumwerkstoffe

Zielbranchen

Fahrzeug- und Verkehrstechnologien

Problemstellung

Verfahren zur Hochverformung modifizierten bisher typischerweise das gesamte Werkstoffvolumen und waren aufgrund des hohen Materialverlustes und unzureichender Prozessstabilität nur auf Sonderanwendungen, z. B. medizinische Implantate, beschränkt.

Lösung

Mit einer gezielten lokalen Modifikation der Korngrößen des Werkstoffs lassen sich die Vorteile unterschiedlicher Mikrostrukturen – belastungsgerecht verteilt auf unterschiedlich beanspruchte Bauteilbereiche – nutzen. Das Prinzip variabler Korngrößenverteilungen ist auf eine Vielzahl metallischer Werkstoffe anwendbar.

Eine Kornfeinung bis in den für die Eigenschaftsausbildung relevanten Bereich von unter einem Mikrometer Korngröße wird durch umformende Verfahren mit sehr großen Dehnungen und wechselnder Verformungsrichtung erreicht. Erforderlich sind niedrige Temperaturen, um Rekristallisationsprozesse zu unterdrücken, sowie Druckspannungen im plastifizierten Volumen, um die notwendigen hohen Umformgrade zu erreichen.

Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 692 (HALS) wurde am Fraunhofer IWU ein Verfahren zur Halbzeugmodifikation entwickelt, mit dem eine variable Mikrostruktur gezielt eingestellt werden kann. Das neue Verfahren Gradierungswalzen erlaubt die Fertigung gradierter stabförmiger Halbzeuge mit Bereichen von normal- bis ultrafeinkörnig. Ultrafeinkörnige Werkstoffzonen von mehreren Millimetern Dicke können so erzeugt werden. Das Verfahren kann aufgrund der einfachen Kinematik und günstiger Reibungsbedingungen ohne aufwendige Anpassungen in bestehende Umformprozessketten implementiert werden.

Diese Untersuchungen waren Basis für die Entwicklung einer Prozesskette zur Herstellung einer eigenschaftsoptimierten Demonstrator-Schraube.

© Fraunhofer IWU