Fachbeiträge Bild 2: a) Stranggepresstes Halbzeug und geschmiedetes Bauteil (schematisch) 7; b) umgeformtes Hybridbauteil (Querschnitt) 7. miniumlegierungen EN AW-6060 und EN AW-6082 eingesetzt. Auf Seite der Verstärkungselemente kamen bislang die Werkstoffe S235 JRG1, S235 JRG2, 100Cr6 und 11SMn30+C zum Einsatz. Bild 2a) zeigt schematisch das für den nachgelagerten Schmiedeprozess verwendete Verbundhalbzeug. Zur Untersuchung der Mikrostruktur des Aluminiums sowie der Grenzfläche der beiden Verbundpartner, wurde das geschmiedete Bauteil im Querschnitt aufgetrennt und metallografisch analysiert. Bild 2b) zeigt das Ergebnis im Querschnitt sowie die zugehörigen Parameter des Schmiedeprozesses. Hierbei konnte sowohl eine formschlüssige als auch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen beiden Verbundpartnern nachgewiesen werden. Weitere experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass mit zunehmender Umformtemperatur und zunehmendem Durchmesser des Verstärkungselements eine Verbesserung der Anbindung in der Grenzfläche erreicht werden kann. 6 Experimentelle Untersuchungen zum Verbundstrangpressen Grundsätzlich lässt sich eine Vielzahl von unterschiedlichen Geometrien der Verstärkungselemente für den diskontinuierlichen Verbundstrangpressprozess nutzen. Die Form der eingesetzten Elemente beeinflusst den Werkstofffluss während des Prozesses dabei maßgeblich. Bislang wurden allerdings meist rotationssymmetrische Verstärkungselemente verwendet, bei denen die Hauptachse koaxial zur Strangpressrichtung orientiert ist. Die Rotationssymmetrie der Elemente sowie die Koaxialität zwischen Element und Pressblock begünstigen hierbei eine fehlerfreie Einbettung innerhalb der Aluminiummatrix. Eine Erweiterung der Elementgeometrie um 48 SchmiedeJOURNAL September 2015 nicht-rotationssymmetrische beziehungsweise nicht-koaxiale Verstärkungselemente kann in Abhängigkeit des späteren Anwendungsfalls zu einer deutlichen Steigerung der Verfahrensflexibilität führen. Aus diesem Grund wird in aktuellen Untersuchungen die Einbettung von quaderförmigen Elementen unterschiedlicher Dicken, Breiten und Höhen sowie quer zur Pressrichtung orientierter (liegender) Zylinder mit ebenfalls variablen Abmessungen untersucht. Im Rahmen der Blockpräparation sind dabei, im Gegensatz zu den kugelförmigen oder zylinderförmigen Elementen, rechteckige Durchbrüche in den Strangpressblöcken nötig, welche durch Drahterodieren eingebracht werden. Für die ersten grundlegenden Untersuchungen hinsichtlich der Einbettung liegender Zylinder, wurde eine Versuchsreihe mit insgesamt 13 Pressungen durchgeführt. Die eingesetzten Verstärkungselemente unterscheiden sich dabei geometrisch in ihrer Höhe (hVE = 5 bis 20 mm) sowie in ihrem Durchmesser (dVE = 5 bis 20 mm), sodass sich insgesamt 11 verschiedene Kombinationen ergeben. Darüber hinaus wurden die Elemente sowohl in ein Profil mit einem Durchmesser dP1 = 20 mm als auch in ein Profil mit einem Durchmesser dP2 = 30 mm einbettet. Als Matrixwerkstoff wurde die Aluminiumlegierung EN AW-6060 verwendet. Die eingesetzten Elemente wurden aus dem Automatenstahl 11SMn30+C gefertigt. Die Durchführung der Strangpressversuche erfolgte mit einer Stempelgeschwindigkeit von 3 mm/s bei einer Blockeinsatztemperatur von 500 °C und einer Werkzeugtemperatur von 450 °C. Aus dem anfänglichen Blockdurchmesser d0 = 62 mm und den Profildurchmessern dP1 und dP2 ergibt sich in der Versuchsreihe ein Pressverhältnis von R1 = 10,4 sowie R2 = 4,8. Bild 3a) zeigt die Ergebnisse der Untersuchungen an einigen aufgefrästen Profilen. Analog zum Prozessfenster für Profile mit zentrisch positionierten, zylinderförmigen Verstärkungselementen 5 konnte nach Auswertung der Versuche hier ebenfalls ein erstes Prozessfenster aufgestellt werden (Bild 3b)). Da unterschiedliche Profildurchmesser sowie Verstärkungselementdurchmesser verwendet werden, ist für eine allgemeine Übertragbarkeit der Ergebnisse im dargestellten Prozessfenster das Querschnittsflächenverhältnis AVE/AP, zwischen dem Querschnitt der Verstärkungselemente und dem Querschnitt des Profils über das Aspektverhältnis dVE/hVE dargestellt. Das Aspektverhältnis als bezogene Größe stellt die Beziehung zwischen dem Durchmesser und der Höhe der Verstärkungselemente dar. Bei der Analyse der durchgeführten Versuche traten durch eine Rotation sowie der Bildung eines Hohlraums vor den Elementen innerhalb des Profils zwei Prozessfehler auf. Die eingebetteten Elemente wirken innerhalb der Strangpressmatrize wie ein Dorn bei der Herstellung von Hohlprofilen. Passieren die Elemente den formgebenden Durchbruch der Matrize, tritt eine lokale Reduktion des Pressverhältnisses und damit eine Zunahme der Fließgeschwindigkeit des Aluminiums auf. Der durch den „Dorneffekt“ hervorgerufene Anstieg der Fließgeschwindigkeit führt in der Folge zur Bildung des Hohlraums, wenn sich das Aluminium an dieser Stelle vom Verstärkungselement löst. Die Rotation während des Prozesses führt dazu, dass die Elemente nicht mehr exakt orthogonal zur Strangpressrichtung eingebettet werden. Das Prozessfenster in Bild 3b) zeigt, dass sowohl das Aspektverhältnis dVE/hVE als auch das Querschnittsflächenverhältnis AVE/AP einen Einfluss auf die Rotation haben. Dabei wird das Querschnitts
SchmiedeJOURNAL September 2015 002
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