Das Institut für Umformtechnik befasst sich in diesem Forschungsbereich mit der Fertigung hybrider Bauteile in Near-net-shape-Qualität mittels der Formgebung im teilflüssigen Materialzustand. Im Zuge dessen werden nicht nur Grundlagenuntersuchungen zur Erwärmung hybrider Halbzeuge, sondern auch Simulationen und experimentelle Untersuchungen zum Formgebungsverhalten derartiger Werkstoffe/Werkstoffkombinationen durchgeführt. Dabei kommen nicht nur Verstärkungskomponenten zum Einsatz, bei denen es sich um unterschiedliche Faserwerkstoffe, Keramikschäume oder höherfeste Metallinlays handeln kann, sondern auch SiC- oder Al2O3-Partikel, die bereits bei der Herstellung des zu verarbeitenden Rohmaterials eingebracht werden. Wesentliche Zielsetzung bildet die Herstellung von Verbund- und Hybridbauteilen mit form- und stoffschlüssigen Verbindungen zwischen den eingesetzten Werkstoffen.
Schliffbild eines Metall-Keramik-Durchdringungsverbundwerkstoffes
Metall-Keramik-Durchdringungsverbundwerkstoffe weisen aufgrund der kontinuierlichen Vernetzung beider Materialkomponenten ein erweitertes Eigenschaftsprofil auf. Bei ihrer Herstellung mittels konventioneller Druck- und Infiltrationsverfahren kommt es jedoch zu einer hohen Restporosität und Ablöseerscheinungen zwischen Metall und Keramik. Im Rahmen dieses DFGgeförderten Forschungsprojektes soll es gelingen, solche Verbunde mittels der Formgebung im teilflüssigen Zustand derart herzustellen, dass diese Defizite überwunden werden. Im Rahmen der Forschungsarbeiten werden dazu offenporige Keramikkörper aus Aluminiumoxid mit der teilflüssigen Aluminiumlegierung A365 infiltriert. Zur optimalen Ausnutzung des Verfahrens wird ein Werkzeugkonzept entwickelt, welches zusätzlich durch numerische Simulationen abgesichert wird. Im Rahmen von Formgebungsversuchen soll anschließend der Prozess im Hinblick auf seine zu beeinflussenden Freiheitsgrade optimiert werden. Dabei werden die Porengröße und Temperatur des Keramikkörpers während der Infiltration, der Flüssigphasenanteil der Legierung sowie verschiedene Prozessparameter betrachtet. Die erzielten Infiltrationsergebnisse werden durch eine umfassende strukturelle Charakterisierung der erzeugten Verbunde bewertet. Dabei sind insbesondere die genannten Defizite bestehender Verfahren zur Herstellung von Metall-Keramik-Durchdringungsverbundwerkstoffen von Bedeutung. Eine abschließende Bestimmung relevanter mechanischer und thermophysikalischer Kennwerte, wie die Festigkeit und die Kriechbeständigkeit bzw. die thermische Ausdehnung und die Temperaturleitfähigkeit soll die Ergebnisse des Forschungsvorhabens zusätzlich quantifizieren.
Laufzeit: 04.2017 – 05.2019
- Formgebungssimulation zur Herstellung komplexer Hybridbauteile
- Hergestellte Hybridbauteile
- Schliffbild der Grenzschicht zwischen den Verbundpartnern
Im Rahmen dieses DFG-geförderten Forschungsvorhabens wird ein Thixoschmiedeverfahren zur Herstellung stoffschlüssiger Metall-Metall-Verbundbauteile entwickelt. Dabei wird die Prozessroute bestehend aus induktiver Erwärmung und anschließender Formgebung sowohl numerisch als auch experimentell untersucht. Während der bereits abgeschlossenen ersten Förderperiode wurden die grundlegenden Mechanismen zur Bildung intermetallischer Phasen während des Formgebungsprozesses untersucht und hinsichtlich ihrer Eigenschaften charakterisiert. Weiterhin wurden die numerischen Grundlagen zur Simulation des Prozesses geschaffen. In der nun angelaufenen zweiten Förderperiode soll gezielt auf diesen Erkenntnissen aufgebaut werden. Schwerpunkte dabei sind die Optimierung der numerischen Methoden hinsichtlich der Einbindung der Wärmeverteilung im Rohteil nach der induktiven Erwärmung in die spätere Formgebungssimulation und die Entwicklung eines analytischen, fließkurvenbasierten Materialmodells zur Beschreibung des Fließverhaltens metallischer Werkstoffe im teilflüssigen Zustand. Weiterhin soll die Übertragbarkeit der Ergebnisse aus der ersten Förderperiode hinsichtlich der Erweiterung des Werkstoffspektrums von Aluminiumlegierungen auf höherschmelzende Werkstoffe und die Herstellung komplexer Hybridbauteile untersucht werden.
Laufzeit: 06.2016 - 05.2018