Bild 2: Erwärmungsprofile (links), Wärmeausdehnungskoeffizienten und Wärmeleitfähigkeiten (rechts) der Aluminiumlegierungen AW5083 und AW5754. Spektrum SchmiedeJOURNAL März 2013 61 der Verwendung des hydrostatischen Verbundstrangpressens hergestellt 3. Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB) 692 werden das Verbundstrangpressen und das Verbundquerfließpressen von hybriden Magnesium- Aluminium-Bauteilen grundlegend untersucht 4. Das Verbundstrangpressen von Aluminium- Titan-Verbunden wird im Rahmen eines Grundlagenprojekts untersucht 5. Im SFB Transregio 10 werden unter anderem kontinuierlich stahlverstärkte Aluminiumhalbzeuge verbundstranggepresst 6. Die Prozesskette „Verbundstrangpressen mit anschließendem Schmieden“ von partiell sowie kontinuierlich stahlverstärkten Aluminiumhalbzeugen wird wiederum in einem Grundlagenprojekt untersucht 7. Im Rahmen des Graduiertenkollegs 1378 wird zum einen das Walzplattieren von Titan-Aluminium und Stahl-Aluminium erforscht 8, zum anderen erfolgt die grundlegende Erforschung der Technologie des Verbundschmiedens von artfremden Werkstoffen. Beim Verbundschmieden von Stahl- Aluminium- Bauteilen wird ein Rohteilverbund bestehend aus Stahlmantel und Aluminiumkern verwendet und im Umformprozess form- sowie kraft- und stoffschlüssig gefügt (Bild 1). Im Unterschied zum Verbundschmieden von Stahl-Stahl-Bauteilen, das unter anderem im SFB 489 untersucht wurde 9, ergeben sich hier die Herausforderungen aus den unterschiedlichen spezifischen Eigenschaften der Monowerkstoffe. Insbesondere die notwendige inhomogene Rohteilerwärmung und Charakterisierung der Fügezone stehen im Mittelpunkt der Grundlagenuntersuchungen 9, 10. Erwärmung für das Verbundschmieden von Stahl und Aluminium Die Herausforderung bei der Erwärmung von Stahl-Aluminium-Rohteilen besteht darin, den Stahl-Mantelwerkstoff auf eine Umformtemperatur im oberen Halbwarmbereich zu erwärmen, um einen ausreichend hohen Umformgrad zu realisieren und die Verzunderung des Bauteils zu reduzieren. Der Aluminiumkern darf eine Temperatur von zirka 500 °C nicht überschreiten, um ein Schmelzen des Materials vor, während und nach dem Umformprozess zu vermeiden. Der notwendige Temperaturgradient wurde am Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) mittels induktiver Erwärmung durch Ausnutzung des Skin-Effekts bei hohen Arbeitsfrequenzen sowie der Einbringung eines umlaufenden Luftspalts zwischen den Einzelrohteilen realisiert 9. Der Wärmetransfer innerhalb des hybriden Rohteils wird neben dem Luftspalt und dem Verhältnis der Werkstoffmassen zueinander auch von der Wahl der Stahl- und Aluminiumlegierungen beeinflusst. Im linken Diagramm in Bild 2 sind die Temperaturen der Stahlmäntel und der Aluminiumkerne für die Werkstoffkombinationen 16MnCr5/AW5083 und 16MnCr5/AW5754 nach induktiver Erwärmung über der Zeit aufgetragen. Durch das wiederholende Reduzieren und Erhöhen der Generatorleistung wird so lange erwärmt, bis der gewünschte Temperaturgradient im Rohteil vorliegt und der Umformprozess starten kann. Die Ergebnisse mit unterschiedlichen Aluminiumlegierungen machen deutlich, dass diese einen Einfluss auf die Endtemperatur des hybriden Rohteils haben. Bild 3: Prozessmodell zur Erzeugung kraftschlüssiger Verbunde für das Verbundschmieden von 16MnCr5 mit AW5083 und AW5754.
2013-03-Schmiede-Journal
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